FR2806867A1 - Transducteur de sonar a deux frequences - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un transducteur de sonar qu'on peut faire fonctionner à une fréquence basse et/ ou une fréquence élevée dans un réseau de transducteurs. Il comprend un transducteur de fréquence basse, de structure tonpilz, comprenant un élément d'attaque de fréquence basse (17), une masse arrière de fréquence basse (19) et une masse avant composite (16), cette dernière agissant comme un seul piston de fréquence basse pour attaquer l'eau, et comprenant un ensemble de transducteurs de fréquence élevée qui forment des pistons d'attaque de fréquence élevée individuels. Les transducteurs de fréquence élevée comprennent des élérnents d'attaque indépendants (24), des masses de tête indépendantes (25) et une masse arrière commune (22).

Description

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TRANSDUCTEUR DE SONAR A DEUX FREQUENCES

La présente invention concerne des transducteurs de sonar prévus pour l'utilisation dans des réseaux de so-

nar, et elle porte plus particulièrement sur un assemblage 5 de transducteurs de sonar à deux fréquences qu'on peut fai- re fonctionner à des fréquences basse et/ou élevée dans un réseau de sonar. Un transducteur de sonar est un dispositif desti- né à produire un son et à détecter un son dans l'eau. Un

transducteur de sonar est fondamentalement un résonateur qui, dans le cas de transducteurs de sonar de type cérami-

que, comprend un élément ferroélectrique muni d'électrodes. L'application de potentiels électriques aux électrodes ex- cite un mouvement mécanique dans l'élément ferroélectrique15 qui est utilisé pour produire des ondes sonores dans l'eau, et des forces mécaniques exercées sur l'élément ferroélec-

trique par des ondes sonores dans l'eau sont utilisées pour produire un potentiel électrique dans les électrodes, afin de détecter le son.20 Une forme courante de transducteur de sonar com- prend un empilement d'éléments d'attaque en forme d'anneau,

connectés électriquement en parallèle, bloqués au moyen d'une tige de compression entre une masse arrière, qui est relativement lourde, et une masse avant, ou masse de tête,25 qui constitue un piston relativement léger, qui attaque l'eau. La masse arrière, l'empilement d'éléments en cérami-

2 que et la masse de tête forment une structure de résonateur à deux masses. Cette configuration produit avantageusement des vibrations de faible amplitude dans la masse arrière et

des vibrations d'amplitude élevée de la masse de tête qui 5 remplit la fonction d'un piston d'attaque de l'eau.

On dit qu'un transducteur présente une structure

"tonpilz" lorsque le résonateur qui est son organe essen- tiel comporte les éléments discrets qui sont décrits ci-

dessus. On peut distinguer le résonateur tonpilz des réso-10 nateurs quart d'onde et demi-onde par le fait qu'il utilise des éléments discrets, par opposition à des éléments à constantes réparties. En mécanique, les éléments qui défi- nissent les propriétés de résonance d'un résonateur idéal sont des masses, des ressorts et des sources de pertes. En15 négligeant les pertes, on peut considérer que le résonateur tonpilz comporte un ressort central, correspondant à

l'élasticité des éléments d'attaque, et deux masses, à sa- voir la masse de tête et la masse arrière. Le résonateur demi-onde, qui est un exemple pratique d'une structure à20 constantes réparties dans un transducteur de sonar, consis- te en un simple bloc monolithique d'un matériau ferroélec-

trique dans lequel les propriétés de masse et d'élasticité (ressort) sont réparties dans tout le bloc.

Le résonateur demi-onde avec sa structure à cons-

tantes réparties est souvent moins souhaitable qu'une structure tonpilz à éléments discrets dans laquelle on peut optimiser individuellement les propriétés des éléments dis- crets. Par exemple, en ajoutant une masse de tête et une masse arrière de densité élevée à un dispositif d'attaque30 ferroélectrique ayant une densité et une compliance classi- ques dans une structure tonpilz à mode longitudinal, on peut obtenir une longueur inférieure à celle qu'il est pos- sible d'obtenir avec un résonateur demionde. Dans le réso- nateur demi-onde fonctionnant à la même fréquence, le même35 matériau ferroélectrique est utilisé pour procurer à la 3 fois la masse répartie et l'élasticité répartie. Du fait

que les densités de matériaux ferroélectriques disponibles sont inférieures à celles de métaux utilisables pour des masses, le résonateur longitudinal demi-onde est nécessai- 5 rement plus long que le résonateur tonpilz.

Le transducteur tonpilz est un dispositif à une seule fréquence, fonctionnant dans des conditions de réso-

nance, à bande relativement étroite. Il est souvent souhai- table de disposer de fréquences de fonctionnement supplé-10 mentaires, en plus d'une seule fréquence fondamentale, qui est généralement la seule dont on dispose. L'avantage d'un transducteur à fréquences multiples, à condition qu'il se prête à l'intégration dans un réseau de sonar, consiste en une plus grande souplesse de fonctionnement. Du fait qu'une15 fréquence inférieure peut procurer une plus grande portée de détection, et qu'une fréquence supérieure peut procurer une plus grande résolution spatiale, un transducteur capa- ble de fonctionner sur deux fréquences sélectionnées de façon appropriée présente une valeur notable et n'exige pas20 une aire d'ouverture supplémentaire par rapport à ce qui serait nécessaire pour un réseau fonctionnant sur une seule

fréquence. Un but de l'invention est donc de procurer un transducteur de sonar perfectionné.

Un autre but est de procurer un transducteur de sonar capable de fonctionner à des fréquences inférieure et/ou supérieure. Un autre but encore est de procurer un transduc- teur de sonar perfectionné employant des transducteurs de

type tonpilz pour le fonctionnement à des fréquences basse et/ou élevée.

Un but supplémentaire de l'invention est de pro- curer un assemblage de transducteurs de sonar perfectionné utilisant un transducteur de fréquence basse et plusieurs35 transducteurs de fréquence élevée, ayant tous une structure 4 tonpilz, dans laquelle la masse de tête de fréquence basse

est pleinement utilisée dans les différents transducteurs de fréquence élevée, et les transducteurs de fréquence bas- se comme de fréquence élevée ont une masse minimale en com- 5 paraison avec la masse arrière correspondante.

Ces buts de l'invention, ainsi que d'autres, sont atteints dans un nouvel assemblage de transducteurs de so-

nar, capable de fonctionner à des fréquences basse et/ou élevée prédéterminées.

L'assemblage de transducteurs comprend un trans- ducteur de fréquence basse comprenant un élément d'attaque de fréquence basse, une masse de tête composite pour procu- rer un couplage efficace pour des ondes de fréquence basse qui sont émises dans l'eau ou qui proviennent de l'eau, une15 masse arrière de fréquence basse plus massive que la masse de tête, et une tige de compression pour fixer la masse de tête de fréquence basse à la masse arrière de fréquence basse, en maintenant une contrainte de compression sur l'élément d'attaque.20 La masse de tête composite est elle-même consti- tuée par un ensemble de transducteurs de fréquence élevée, l'ensemble comprenant un ensemble d'éléments d'attaque de fréquence élevée, et un ensemble de masses de tête de fré- quence élevée, conçues pour assurer un couplage acoustique25 efficace d'ondes de fréquence élevée et de fréquence basse, par rapport à l'eau. La masse de tête composite comprend en outre une masse arrière de fréquence élevée, rigide, uni- taire et utilisée en commun, qui est plus massive que les masses de tête de fréquence élevée, et un ensemble de tiges30 de compression qui sont destinées à maintenir des contrain- tes de compression sur chacun des éléments d'attaque de

fréquence élevée. Lorsque l'élément d'attaque de fréquence basse est excité, la masse de tête composite, comprenant les mas-

ses de tête de fréquence élevée, devient un seul bloc rigi-

de virtuel et agit à la manière d'un seul piston d'attaque de l'eau. Lorsque les éléments d'attaque de fréquence éle- vée sont excités séparément, chaque masse de tête de fré- quence élevée fonctionne séparément. Le fonctionnement à 5 fréquence basse et à fréquence élevée peut être obtenu sé- parément ou conjointement, cette dernière condition étant possible si une isolation appropriée est établie entre les grandeurs électriques, et si des moyens sont prévus pour assurer un fonctionnement pratiquement linéaire.10 La structure fonctionne efficacement, compte tenu de l'exigence du fonctionnement à deux fréquences, dans la mesure o la masse de tête de fréquence basse est entière- ment utilisée pour former la masse de tête, l'élément d'at- taque et la masse arrière de fréquence élevée, ce qui fait15 que les masses de tête de fréquence basse comme de fréquen- ce élevée peuvent avoir un rapport minimal vis-à-vis des

masses arrière correspondantes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, don-

né à titre d'exemple non limitatif. La suite de la descrip- tion se réfère aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1A est une illustration d'un navire de surface comportant un réseau de transducteurs de sonar;

La figure lB est une illustration du réseau au-

quel l'invention est applicable; La figure 1C est une représentation avec certai- nes parties arrachées d' un transducteur à deux fréquences

individuel conforme à l'invention, prévu pour l'utilisation dans le réseau; et30 La figure 2 est une coupe simplifiée du nouveau transducteur à deux fréquences, qui est présentée pour il-

lustrer les principes qui sont à la base de la conception mécanique. En considérant maintenant le figure 1A, on voit un navire de surface 10 qui utilise un réseau embarqué 11 6 de transducteurs de sonar fonctionnant avec un balayage

électronique. Le nouveau transducteur à deux fréquences de l'invention est applicable à ce type de réseau.

Le réseau 11 est immergé dans l'eau et il s'étend au-dessous du fond plat de la coque du navire qui le porte, de façon à permettre un balayage sans obstacles pour des

signaux de sonar sortants et entrants. La couverture du so- nar s'étend sur 360 en azimut, et elle s'étend sur une zo- ne allant de l'horizontale jusqu'à une valeur caractéristi-10 que de 45 au-dessous de l'horizontale.

Le réseau considéré à titre d'exemple, qu'on voit mieux sur la figure lB, a une configuration cylindrique et

il consiste de façon caractéristique en un certain nombre de rangées verticales de transducteurs 12 (ce nombre étant15 par exemple de 36), avec chaque rangée séparée de la précé- dente par un incrément de 10 en azimut. Chaque rangée ver-

ticale contient un plus petit nombre de transducteurs (par exemple 8). L'avantage du fonctionnement à deux fréquences consiste en une plus grande souplesse d'utilisation du sys- tème de sonar. L'avantage de la fréquence inférieure (par

exemple quelques kilohertz), compte tenu d'une taille limi- tée pour le réseau, consiste en une plus grande portée de détection, tandis que l'avantage de la fréquence supérieure25 (par exemple trois fois supérieure) consiste en une plus grande résolution spatiale. L'invention s'applique essen-

tiellement aux systèmes de sonar actifs qui utilisent des transducteurs résonnants pour obtenir une puissance d'émis- sion maximale, et permettre une détection sensible, à fai-30 ble bruit, du retour d'écho. De tels transducteurs réson- nants sont des dispositifs à bande relativement étroite. On

peut également employer l'invention dans des systèmes pas- sifs, dans lesquels les deux fréquences sélectionnées pour la détection à bande étroite sont sélectionnées en relation35 avec des signatures de cibles connues.

Le réseau cylindrique, qui comprend de façon ca- ractéristique 36 x 8 transducteurs, est pointé par des moyens électroniques, de façon classique, et il utilise des techniques classiques de formation de faisceau. Chaque 5 faisceau de sonar, aussi bien dans le mode de fréquence basse que dans le mode de fréquence élevée, est normalement formé par l'utilisation d'un ensemble de transducteurs dans le mode d'émission et dans le mode de réception. Lorsque les signaux d'émission et de réception sont correctement10 pondérés, par l'utilisation de techniques de formation de faisceau, on obtient des améliorations du rapport signal à bruit ainsi que des améliorations de la directivité. La représentation en partie arrachée de la figure 1C et la représentation en coupe simplifiée de la figure 2 illustrent un nouveau transducteur de sonar 12, qui est ca- pable de fonctionner à deux fréquences, et qui convient

pour l'utilisation dans un système de sonar du type décrit. Le transducteur 12 est conçu pour fonctionner avec la tête immergée. La structure comprend un boîtier cy-

lindrique étanche 13 comportant une ouverture à une extré- mité pour les éléments de transducteur et la tête, et une base à l'autre extrémité, au niveau de laquelle sont éta- blies des connexions électriques et mécaniques. Un connec- teur électrique 14 et des goujons de montage 15 à la base25 du boîtier 13 assurent les connexions électriques et procu- rent les moyens nécessaires au montage de la structure de transducteur sur le châssis du réseau. La tête de transducteur à deux fréquences 16 est ajustée dans l'extrémité ouverte du boîtier 13 et elle est fixée au boîtier de façon étanche au moyen d'une enveloppe en caoutchouc 17. L'enveloppe est rétrécie au niveau de

l'ouverture du boîtier pour s'ajuster étroitement sur ce dernier. L'étanchéité par rapport au boîtier est complétée au moyen de deux bandes de métal 9 qui sont serrées de fa-35 çon à comprimer contre le boîtier le caoutchouc qui recou-

8 vre ce dernier.

Les éléments actifs du transducteur à deux fré- quences apparaissent plus clairement sur la figure- 2.

Le transducteur présente une structure tonpilz chargée par des masses fonctionnant en mode longitudinal, et cette structure est attaquée à une fréquence inférieure

par un élément d'attaque résonnant ferroélectrique 17 du type empilé. L'élément d'attaque 17 consiste en un ensemble (par exemple 10) d'anneaux cylindriques creux 18 en un ma-

tériau céramique ferroélectrique approprié, tel que le zir- conatetitanate de plomb (de la catégorie Navy Type III).

Les anneaux individuels sont équipés d'électrodes sur les faces supérieure et inférieure, pour créer des champs élec- triques parallèles à l'axe de l'élément d'attaque lors-15 qu'une tension est appliquée. Inversement, la polarité qui est établie convertit efficacement des contraintes axiales en tensions. Le matériau de l'élément d'attaque est polari- sé dans la même direction axiale, et il utilise donc le coefficient de couplage électromécanique k33.20 Les connexions électriques, qui ne sont pas représentées, connectent en parallèle les anneaux 18 de la

pile de l'élément d'attaque, pour l'émission comme pour la réception, de façon à reduire les tensions absolues. Les fils de connexion passent autour des autres organes du25 transducteur et sortent à la base du boîtier par l'intermé- diaire du connecteur 14.

Lorsque le transducteur fonctionne dans le mode de fréquence basse, on peut le considérer comme un résona-

teur tonpilz à quatre parties, comprenant un élément d'at-30 taque 17, une masse de tête 16, une masse arrière 19 et une tige de compression 20.

L'élément d'attaque 17 qu'on vient de décrire est un élément ferroélectrique qui se comprime et se dilate axialement sous l'effet de champs axiaux appliqués. Du fait35 qu'il consiste en un matériau à faibles pertes et à "Q" élevé, le mouvement vibratoire axial est entretenu avec l'application d'une quantité relativement modérée d'énergie électrique. Dans le processus d'émission de son, l'élément d'attaque absorbe de l'énergie électrique provenant de l'alimentation et il la convertit en énergie mécanique pour produire son propre mouvement et pour entraîner les autres organes du résonateur. En vibration longitudinale simple, un élément d'attaque sans masses fixées pourrait être sup- porté au voisinage de sa section médiane. Dans un tel cas,10 le centre deviendrait un noeud et les deux extrémités de- viendraient des ventres, le dispositif constituant ainsi un résonateur à mode longitudinal demi-onde. Comme on l'a in- diqué précédemment, les résonateurs demi-onde sont de façon générale moins intéressants que des résonateurs chargés par15 des masses (tonpilz), en partie à cause du fait que la lon- gueur résultante d'un résonateur de longueur demi-onde à fréquence basse devient excessive, et conduit également à un fonctionnement à bande étroite. Le fonctionnement résonnant du résonateur tonpilz

à quatre parties est imposé par la sélection d'une "masse arrière" 19 relativement massive, qui établit une terminai-

son réactive pour l'élément d'attaque et établit en fait un noeud avec un mouvement minimal près d'une extrémité de l'élément d'attaque céramique. Le résonateur est équipé25 d'une "masse de tête" (16) relativement plus légère, qui agit à la manière d'un transformateur de force se déplaçant comme un corps rigide ou un piston, pour transférer un mou- vement mécanique à l'eau dans laquelle le transducteur est immergé. Lorsque les deux masses sont très différentes, le30 résonateur doit nécessairement fonctionner dans un mode longitudinal ou mode de dilatation sur sa longueur, dans lequel la masse arrière lourde située près du noeud présente des excursions relativement faibles, tandis que la "mas- se de tête" relativement légère présente des excursions35 maximales. Le résonateur à fréquence basse exige également une tige de compression 20, qui est fixée entre la masse arrière 19 et la masse de tête 16, et passe à travers l'élément d'attaque 17. La tige de compression est serrée jusqu'au point auquel elle exerce une force de compression 5 sur l'élément d'attaque 17. La conception mécanique du ré- sonateur à fréquence basse doit tenir compte à la fois des

masses et des propriétés élastiques de l'ensemble des qua- tre organes. La masse arrière est habituellement ajustée pour fixer la fréquence de fonctionnement du transducteur.10 Le résonateur est monté de manière à ne pas absorber une énergie excessive. On réalise ceci en suppor-

tant le résonateur essentiellement au moyen de la masse arrière, qui est montée de façon élastique en 21. Bien que la masse arrière ne soit pas exempte de vibration, elle vi-15 bre avec une amplitude fortement réduite, ce qui fait que la structure de support n'absorbe que relativement peu d'énergie. Dans le mode de fréquence basse, la masse de tête

16 fonctionne à la manière d'un seul organe rigide accom-

plissant un mouvement axial alternatif à la manière d'un piston. Ce mouvement n'est pas affecté par les caractéris-

tiques qui facilitent le fonctionnement à deux fréquences. Dans ce mode de réalisation, la masse de tête consiste en une base en forme de cuvette comportant un fond

22 d'épaisseur accrue et des parois extérieures 23, relati- vement minces, qui s'étendent jusqu'à sa face extérieure.

Neuf petits éléments d'attaque de fréquence élevée, 24, arrangés en une configuration matricielle de trois sur trois, sont mutuellement espacés sur la surface qui est en-30 tourée par les parois 23, et sont supportés par le fond 22 d'épaisseur accrue. Les neuf éléments d'attaque de fréquen-

ce élevée 24 sont munis de neuf masses de tête de fréquence élevée 25, de forme carrée, qui sont disposées dans un plan commun et qui forment la face extérieure du transducteur.

Les masses de tête de fréquence élevée 25 sont fixées aux

éléments d'attaque 24 au moyen de tiges de compression in- dividuelles 26. Les tiges de compression (vis de compres-

sion) 26 comportent des têtes qui viennent en contact, avec les masses de tête 25, et elles traversent les éléments 5 d'attaque 24 et sont vissées dans la base 22, en étant ser- rées de façon à bloquer ces pièces ensemble et à maintenir une contrainte de compression permanente. Les masses de tête de fréquence élevée 25 chargent les éléments d'attaque de fréquence élevée 24 individuels plus légèrement que la10 masse arrière de fréquence élevée, relativement lourde, qui est constituée (en partie) par la base-22. Par conséquent,

dans le mode de fréquence élevée, les éléments d'attaque de fréquence élevée excitent un mode de dilatation dans la di- rection de la longueur (ou mode longitudinal), avec des ex-15 cursions minimales dans la base 22 et des excursions maxi- males dans les masses de tête de fréquence élevée 25.

En retournant maintenant au fonctionnement à fré- quence basse, on note que les pièces qui constituent la

masse de tête sont rigides et sont capables, collectivement,20 de se déplacer à la manière d'un piston rigide, comme on l'a indiqué précédemment. Ceci est dû au fait que les piè-

ces 22-26 sont suffisamment rigides. Par conséquent, le mouvement axial qui est induit par l'élément d'attaque de fréquence basse 17 provoque un mouvement axial du fond 2225 de la masse de tête. Le fond 22 est suffisamment rigide pour provoquer un mouvement axial uniforme de la surface totale, et les éléments d'attaque qui sont répartis sur le fond 22 se déplacent également avec un mouvement axial uni- forme. Si on suppose qu'aucune excitation électrique n'est30 appliquée aux éléments d'attaque de fréquence élevée 24, ces derniers sont également rigides, du fait qu'ils ont une section droite notable. Les éléments d'attaque rigides 24 entraînent à leur tour les masses de tête de fréquence éle- vée, 25, qui ont une section épaisse et sont également ri-35 gides. Collectivement, les masses de tête 25 forment la 12 surface rigide du piston de fréquence basse. Par conséquent pendant le fonctionnement à fréquence basse, et en suppo- sant qu'il n'y a pas d'excitation de fréquence élevée, la masse de tête 16 fonctionne à la manière d'un piston rigide. 5 En fonctionnement à fréquence élevée, la masse arrière de fréquence basse 19 et l'élément d'attaque de

fréquence basse 17, ainsi que la base 22 qui fait partie de la masse de tête de fréquence basse, contribuent positive- ment à l'action de la masse arrière effective de fréquence10 élevée, pour établir un mode résonnant longitudinal.

Chaque élément d'attaque de fréquence élevée 24 peut être excité séparément et les signaux peuvent être ap-

pliqués à chaque élément d'attaque. Les connexion séparées qui sont dirigées vers les éléments d'attaque de haute fré-15 quence traversent la structure et sortent au niveau du con- necteur de base 14. Ces connexions séparées procurent une

plus grande liberté dans le pointage du faisceau de fré- quence élevée. L'utilisation de la base 22 à titre de masse ar-

rière commune pour tous les transducteurs de fréquence éle- vée est une caractéristique utile, qui simplifie la struc-

ture d'ensemble. La base 22 est suffisamment massive pour assurer un découplage notable entre les transducteurs de fréquence

élevée, et pour assurer l'indépendance entre les transduc- teurs dans la formation du faisceau, aussi bien dans le mo-

de d'écoute que dans le mode d'émission. De plus, le fonctionnement à fréquence élevée n'exige pas l'incorporation d'une masse supplémentaire dans la masse de tête de fréquence basse, par rapport à ce qui est nécessaire pour les transducteurs de fréquence élevée eux-mêmes. En d'autres termes, les différentes masses de tête de fréquence élevée, la masse arrière commune de fré- quence élevée, les différents éléments d'attaque et les35 différentes tiges de compression forment la masse de tête 13 de fréquence basse, et la forment entièrement. Aucune

structure de masse de tête supplémentaire n'est nécessaire pour monter les transducteurs de fréquence élevée indivi- duels, ou pour assurer l'isolation mutuelle. De plus, la 5 masse arrière commune de fréquence élevée a une structure simple, n'exigeant que relativement peu d'opérations d'usi-

nage pour fixer les tiges de compression qui maintiennent en place les transducteurs de fréquence élevée. Réciproque- ment, la totalité de la masse de tête de fréquence basse10 est disponible pour le montage des organes des transduc- teurs de fréquence élevée. La configuration permet donc de

minimiser le rapport entre la masse de tête et la masse ar- rière aussi bien dans le mode de fréquence élevée que dans le mode de fréquence basse, et donc de maximiser le rende-15 ment et la sensibilité du transducteur.

On peut assembler de la manière suivante le transducteur de sonar à deux fréquences décrit ci-dessus.

On assemble en premier la tête, en commençant par la base 22, 23 en forme de cuvette. On peut former facultativement

un bloc de mousse synthétique 27 pour remplir le vide entre la base 22, 23, les masses de tête 25 et les éléments d'at-

taque ferroélectriques 24, dans le but d'empêcher la péné- tration du fluide d'encapsulation pendant l'assemblage ou dans des applications d'immersion profonde. Le bloc de25 mousse à faible densité 27 remplit les espaces entre les éléments d'attaque et il permet à la masse de tête de fré- quence basse (formée par les masses 25) de se déplacer vers l'avant sans augmentation de masse notable. Une autre tech- nique pour empêcher l'admission de fluide d'encapsulation30 pendant l'assemblage, et pour la protection des interstices dans une application à pression élevée, consiste à fixer

une membrane mince transversalement au prolongement 23 de la masse de tête de fréquence basse, et sur les masses de tête de fréquence élevée 25. On peut utiliser dans ce but35 une plaquette de fibres de verre du type G-10.

Un matériau de découplage mince 28, consistant en Corprène, est placé audessous des masses de tête.de fré-

quence basse (22) et de fréquence élevée (25), de façQn à assurer l'isolation vis-à-vis du matériau qui assure 5 l'étanchéité à l'eau et du matériau de remplissage interne, et à éviter un blocage du mouvement longitudinal. Les mas-

ses de tête de fréquence élevée 25 sont percées et fraisées sur les faces avant, de façon que les tiges de compression (vis de compression) 26 pour ces masses puissent être in-

troduites dans les masses de tête de fréquence élevée, et serrées dans la base 22, 23. Les tiges- de compression sont

réglées pour placer les empilements céramiques de fréquence élevée en compression entre la base 22, 23 et les masses de tête 25.

Une fois que les transducteurs de fréquence éle- vée ont été assemblés dans la structure de masse de tête, on réalise l'étanchéité de cette structure. On peut utili- ser soit une couche de polyuréthane projetée sur la struc- ture, soit une couche de Néoprène vulcanisé, comme il est20 représenté, pour assurer l'étanchéité de la structure. On ajoute ensuite à la structure de masse de tête l'empilement

céramique de fréquence basse, la masse arrière et la tige de compression, et on l'installe dans le boîtier pour ache- ver la fabrication du transducteur à deux fréquences. Dans25 certains cas, il peut être plus commode d'effectuer l'as- semblage complet avant de réaliser l'étanchéité.

Bien qu'on ait représenté un arrangement carré de n x n masses de tête de fréquence élevée, avec n = 3, on peut utiliser, selon l'application, un arrangement rectan-30 gulaire de m x n, dans lequel m et n sont des entiers dif- férents. De façon générale, les masses de tête de fréquence élevée doivent remplir l'ouverture et créer une surface continue pour la masse de tête de fréquence basse. On peut réaliser ceci en utilisant des masses de tête de fréquence35 élevée carrées, hexagonales ou rectangulaires. La masse de tête de fréquence basse doit avoir une forme permise par un

assemblage dense des masses de tête de fréquence élevée. Un arrangementrectangulaire avec des dimensions de face., iné- gales (pour la masse de tête de fréquence élevée ou de fré- 5 quence basse) est avantageux lorsque le faisceau doit avoir une largeur différente selon deux directions orthogonales.

Il n'est pas obligatoire que les masses de tête de fréquen- ce élevée et de fréquence basse aient les mêmes caractéris- tiques directionnelles. On peut par exemple incorporer dans10 un arrangement rectangulaire un réseau de m x n masses de tête de fréquence élevée de forme carrée. Si on le désire,

on peut incorporer dans un arrangement rectangulaire un ré- seau de n x n masses de tête de fréquence élevée de forme rectangulaire, avec les mêmes caractéristiques direction-15 nelles.

Bien que dans la description précédente des états de fonctionnement de fréquence basse et de fréquence éle-

vée, on ait supposé que l'autre état était inactif, cette hypothèse n'est pas obligatoire. Un fonctionnement simulta-20 né et indépendant des sections de fréquence élevée et de fréquence basse est également possible en pratique. Les grandeurs électriques doivent être isolées par un filtrage approprié dans les modes de réception et d'émission. La nonlinéarité des dispositifs provoque un certain mélange25 et une conception appropriée est nécessaire pour optimiser l'indépendance précitée. Un réseau de tels transducteurs à

deux fréquences, avec une isolation appropriée, permet d'effectuer dans un seul réseau deux opérations de sonar indépendantes, ce qui procure effectivement un fonctionne-30 ment correspondant à celui de deux réseaux pratiquement in- dépendants.

Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif décrit et représenté,

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Transducteur de sonar (12) fonctionnant en mo- de longitudinal et chargé par des masses, prévu pour fonc-

tionner à une fréquence basse et/ou une fréquence élevée, 5 caractérisé en ce qu'il comprend: (A) un transducteur de fréquence basse comprenant: (i) un élément d'attaque fer-

roélectrique résonnant de fréquence basse (17) placé sur l'axe principal du transducteur et équipé d'électrodes, de façon à vibrer dans un mode longitudinal pendant le fonc-10 tionnement à fréquence basse, (ii) une masse de tête compo- site(16) placée sur l'axe principal, vers l'extérieur par rapport à l'élément d'attaque de fréquence basse (17), pour constituer un transformateur de force et un piston de fré- quence basse, afin d'établir un couplage efficace pour des15 ondes de fréquence basse, du transducteur vers l'eau ou en sens inverse, (iii) une masse arrière de fréquence basse (19), plus massive que la masse de tête (16), placée sur l'axe principal vers l'intérieur par rapport à l'élément d'attaque de fréquence basse (17), pour charger par réac-20 tion l'élément d'attaque de fréquence basse (17), afin qu'il vibre dans un mode longitudinal dans lequel la masse de tête composite (16) accomplit des excursions d'amplitude relative grandes, tandis que la masse arrière (19) accom- plit des excursions d'amplitude relativement faibles pen-25 dant le fonctionnement à fréquence basse, et (iv) une tige de compression (20) qui fixe la masse de tête (16) à la masse arrière (19) pour maintenir une contrainte de com- pression sur l'élément d'attaque de fréquence basse (17) pendant toute la durée du fonctionnement; (B) un ensemble30 de transducteurs de fréquence élevée, constituant la masse de tête composite (16), et comprenant: (i) un ensemble d'éléments d'attaque ferroélectriques résonnants de fré- quence élevée (24), placés sur des axes secondaires qui sont situés sur l'axe principal et autour de ce dernier,35 ces éléments d'attaque comportant des électrodes de façon à vibrer dans un mode longitudinal pendant le fonctionnement à fréquence élevée, (ii) un ensemble de masses de.tête de

fréquence élevée discrètes, placées sur les axes secondai-

res, vers l'extérieur par rapport aux éléments d'attaque de fréquence élevée (24), pour définir des transformateurs de

force et des pistons destinés à assurer un couplage effica-

ce d'ondes de fréquence élevée et de fréquence basse, vers l'eau, (iii) une masse arrière de fréquence élevée (22),

unitaire et rigide, placée sur l'axe principal vers l'inté-

rieur par rapport à l'ensemble d'éléments d'attaque de fré- quence élevée (24), cette masse arrière (22) étant plus

massive que les masses de tête de fréquence élevée (25), pour charger par réaction l'ensemble d'éléments d'attaque de fréquence élevée (24), afin qu'ils vibrent dans un mode15 longitudinal dans des conditions dans lesquelles les masses de tête de fréquence élevée (25) sont soumises à des excur-

sions d'amplitude relativement grandes, tandis que la masse arrière unitaire de fréquence élevée (22) est soumise à des excursions d'amplitude relativement faible, pendant le20 fonctionnement à fréquence élevée, et (iv) un ensemble de tiges de compression (26), chacune d'elles fixant une masse

de tête de fréquence élevée (25) à la masse arrière de fré- quence élevée commune (22), pour maintenir une contrainte de compression sur chacun des éléments d'attaque de fré-25 quence élevée (24); cette structure composite procurant des rapports minimaux entre la masse de tête et la masse arriè-

re dans les modes de fonctionnement de fréquence basse com- me de fréquence élevée; et les éléments d'attaque de fré- quence basse (17), lorsqu'ils excités, attaquant comme un30 seul bloc virtuel la masse de tête composite (16) qui com- prend l'ensemble de masses de tête de fréquence élevée (25), tandis que les éléments d'attaque de fréquence élevée (24), lorsqu'ils sont excités, attaquent séparément chaque masse de l'ensemble de masses de tête de fréquence élevée

(25).

2. Transducteur de sonar à deux fréquences selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de résonateurs de fréquence élevée (22, 24, 25, 26) comprend 2 n résonateurs, en désignant par n un entier supérieur à un.

3. Transducteur de sonar à deux fréquences selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de ré-

sonateurs de fréquence élevée (22, 24, 25, 26) comprend m x n résonateurs, en désignant par m et n des entiers dif-10 férents.

4. Transducteur de sonar (12J fonctionnant en mo- de longitudinal et chargé par des masses, conçu pour fonc-

tionner à une fréquence basse et/ou une fréquence élevée, caractérisé en ce qu'il comprend: (A) un transducteur de15 type "tonpilz" de fréquence basse fonctionnant dans un mode longitudinal, et comprenant une masse de tête composite (16) conçue pour fonctionner à fréquence basse et à fréquence élevée; et (B) un ensemble de transducteurs tonpilz

de fréquence élevée, constituant la masse de tête composite20 (16), chacun de ces transducteurs fonctionnant dans un mode longitudinal et l'ensemble de transducteurs de haute fré-

quence comprenant: (i) un ensemble d'éléments d'attaque ferroélectriques résonnants de fréquence élevée (24); (ii) un ensemble de masses de tête de fréquence élevée discrètes25 (25), placées vers l'extérieur par rapport aux éléments d'attaque de fréquence élevée (24), pour constituer des

transformateurs de force et des pistons destinés à assurer un couplage efficace d'ondes de fréquence basse et de fré- quence élevée, vers l'eau, (iii) une masse arrière de fré-30 quence élevée (22), unitaire et rigide, placée vers l'inté- rieur par rapport à l'ensemble d'éléments d'attaque de fré-

quence élevée (24); et (iv) un ensemble de tiges de com- pression (26), chacune d'elles fixant une masse de tête de fréquence élevée (25) à la masse arrière de fréquence éle-35 vée commune (22), pour maintenir une contrainte de compres-

sion sur chacun des éléments d'attaque de fréquence élevée (24), les moyens mentionnés en B (i-iv) formant la masse de

tête composite (26) complète, pour procurer ainsi des,rap-

ports minimaux entre la masse de tête et la masse arrière dans les modes de fonctionnement de fréquence basse comme

de fréquence élevée.