LU83330A1 - Transducteurs ultrasonores performants simplifies - Google Patents

Description

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S'' îSb & COi-u-mUTL n.jRC'PEËKHE IÆJ L'ENERGIE ATOMIQUE (EURATOM^ I:' h ff-

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) :-! l. "ÏRAIKLUCTi - ULTRASCNURES PEKBX R-IAÎIIE SIMPLIFIES" F . F .

j. inventeur : nen--=, irançois ul·]. le | i* L r, . : l ί ’ L’o'. -tt de la présente invention est la réalisation ί â 'une Eiéthc-'f1 qui permet la fabrication des composants des f ; transducteurs ultrasonores (résine et poudre de métal ou [v, d'oxyde ma: Eli que) ayant des caractéristiques acoustiques r. : et électriv-'ε défini et au préalable, et par conséquent, qui b .1 f; permet la : a, cri cation simplifiée de transducteurs ultrasonores ί- :i ψ performant.· possédant les meilleures qualités possibles de s reproducti- -ité des caractéristiques acoustiques et électriques.

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; Cen-cns éléments c 'un transducteur ultrasonore sont !-< I; ; constitués var des résines plus ou moins chargées d'une poudre î de métal; : s'agit généralement de l'amortisseur d'ondes longi- !. tudinales, -e l'atténuateur de déformations transversales et i: ί K ; ; /

! ' 1/2008 LU

ne I 'adaptateur d'impäuarice acoustique qui joue aussi parfois i le rôle oe lents]3e ue focalisation.

; j La qualité du transducteur et surtout la reproductibilité de ses caractéristiques dépendent,pour une part importante, du soin avec lequel est préparé le composite et en particulier du choix des matériaux de ‘base et de leur dosage.

Actuellement, une série de transducteurs provenant d'un même fabricant avec les mêmes composants présente généralement une diversité de caractéristiques très gênantes et parfois meme inacceptables pour l'utilisateur.

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L'autre part, l'élément piézo-électrique (mono cristal ou céramique) doit être connecté sur deux faces, ce qui nécessite la métallisation de ces dernières et la soudure des conducteurs; opération qui est toujours très délicate.

Pour pallier aux susdits inconvénients, on propose, selon l'invention, un nouveau type de transducteur.

Une double étude théorique et expérimentale de la propagation des ultrasons dans les milieux composites, a permis ue définir et de mettre à la disposition du fabricant les équations des paramètres suivants, en fonction de la concentration de la ^ ; charge de poudre : " l) Kasse volumique M qui ne Dépend pas du dimensionnement de l'échantillon n? du moae de propagation de l'onde acoustique 2) Vitesse ae propagation des ondes longitudinales £; 3) Impédance acoustique caractéristique Z en fonction des deux paramètres précités :

(1) Z = K x C

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! ! ' 3/2000 LU

f « τ' 4) Coeff: a cw- o 'a-soi-pt· 3 on ^ _c.r.t :à valeur dépend princi-i ;; palemeir eu- la irajuence et te ia rranulométrie de la )[ dicirf"îr îiOUT* Tint 00Π06ΐ4"ΙΪ*&1 i Oï. ^ΟΠΠββ^ 5) Conuuctibilité électrique du composite qui dépend de la concentration et de la nature des composants (pour une concentration donnée) ainsi que de la granulométrie de la chargi bans la figure 1 est illustré un transducteur traditionnel. Le signal électrique transmis par 1 sur le cristal piézo-électriçu< , est transformé en un signal acoustique qui, moyennant la lentille acoustique 3, est envoyé vers 4» élément à analyser. Les deux facei f I et 6 ou cristal piéso-électrique 2 en contact avec l'amortisseur ! 7 et la lentille 3, sont métallisés. Les composants du transducteu: f sont contenus dans un boîtier S. Les éléments 2 et 7 sont entourés 1 par un cylindre 0 qui sert comme atténuateur de déformations transversales.

, Le fi g. 2 montre le transducteur, ob.iet de la préserve : invention (les mêmes repère? indiquent les éléments identiques).

t Γ·η peut noter ici l'absence ces métallisations sur l'élément piéso-électrique . . L'alimentation se faix à travers une élec-trod< qui est noyée aans l'amortisseur 7» et l'amortisseur lui-même c'une part; à travers le boîtier métallique 0 et la lentille acoustique 3 l'atténuateur c< déformations transversales 9 cylindrique qui n'est pas conducteur, enferme 1'amortisseur 7 et l'élément 2.

I Cette solution permet une simplification notable ae la fabrication au transducteur.

Lorsqu'on conçoit un transducteur amorti (large tance) il faut satisfaire à deux conditions, c'est-à-dire que 1'impédance acoustique cse l'amortisseur soit la plus proche possible de celle ; eu cristal pièce—électrique, ex que l'onde qui se propage dans l'amortisseur- sodX le plus possible atténuée dans ce dernier.

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i [ i.r· : ; u r:.; ceo carcd éri stiques que l'or. constate généra- J cî..·'i. i c.iii·.,: une mê...t si ri c tranocueti-urs traditionnels est due, entre uutiv c3)o.:c, à ur. en ois arbitraire c’.e la racine, de la concentrâta. o2i ce la -îhai-'O et ce la granulométrie de cette aernière. ;>u ur·:; sir·. J ' il.;:. 1 arc·.. acoustique ce l'amortisseur est diff ι οί Ί ornent r->ni-0'juct : me et plue aiffj cilement encore son pouvoir atténuateur.

nam: la l'ig. ê cont montrées les courbes relatives à la uensit-é ··., en Luyu;' la vitesse de propagation de l'onde C en m/s , en fonction de la concentration K (poudre métallique-résine) ; selon la normale (l), on obtient la courbe Z de l'impédance acoustique.

Cr, grâce à notre méthode, après une mesure de K et de la vi tesse ue proj.a. atior C dans un échantillon de résine non chargée il sera passable de connaître les variations des paramètres et doi c 2 eur tîO-u. l h, tu i onction de la. concentration de la enarve K.

: h h jc r:uar· . eut obtenir la meme impédance acoustique : i.·:·.·vc une- r je:.r _ li.férer,, il r.'aura, plue qu'à se reporter au ; a cran:.· coro· man cerne seccr.vo résine· pour trouver la nouvel] « rcncenvration à laquelle corresponu la h recherchée.

-u : _ ·. .;.ontr. ia vanailojt. de l'absorption 1 en dl/nrrc | en i'on-...t:: on a. a grandeur u-.l rr&ms métalliques pour une iréquei /.:.{· çm ] -.as tu la f : est de. é «'1 :ε) et avec des concentre - - .ions 1 ujiilmrt^,,.

i *:aus ja fir. -vl. cr. voit out l'absorption diminue en augmcî ia j réquence (ghz J, je: autres paramètres restant les mêmes.

Le coi,contrat ion, cans les des figures 4 et -4L, se réfère à le οoacre métallique oe tungstène dans l'araldite.

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__ c _ : | Λ·.ί c α)α· -’rjsiiu] oin jii’3 e 2e charge ^1/lui de longueur ι. 'οη^ε, il r 'y a pas: ue variaϋοπε notables ce la vitesse en fonction uc la iré-juence pour une concentration donnée; en outref 1'atSorption r'-ροηα à une loi relativement simple : φ - j' ί^) ί pour une fréquence et une granulométrie données.

/ Le fabricant peut aonc dimensionner son amortisseur d'après ) les diagrammes ces ii~. 3 et 4· ! Pour 1'atténuateur de déformations transversales 9 la méthode de fair1cation est analogue à celle utilisée précédenraient j en ce qui concerne l'amortisseur, en choisissant cependant un I’’ composite» non conducteur, par exemple araldite et aluminium.

! j i ! j L'adaptateur d'impédance 3 peut être conçu de deux manières j en choisissant son impédance acoustique homogène et égale à la moyenne géométrique ces impédances de la pastille piézo-électnque et eu milieu ue transmission ou avec une impédance acoustique variant progressi ven.ent de celle de la pastille piéso-électrique i vers celle su milieu ce transmission. Les mêmes diagrammes des I .

i fi g. 3, 4 et 4t·) sont ici utilisés pour satisfaire aux conditions J d'impédance c'une part, de conductibilité d'autre part, et enfin j; de minimum d'absorption (granulométrie fine). Si l'adaptateur loue j aussi, le rôle de lentille acoustique de focalisation, on relèvera sa vitesse caractéristique de propagation à l'interface avec le j milieu ce transmission pour en définir la concavité.

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Claims (2)

1. 3. Transducteur piézo-électrique ultrasonore selon les revendications 1 et 2, caractérise par le fait que les particules métalliques sont en tungstène.
2. 4. Transuucteur pi ^zo—électrique ultrasonore selon les revendications 1 et 2, caractérise par le fait que les particules métalliques sont en aluminium. > Transducteur piézo-électrique ultrasonore selon les revendications L, 3 et 4, caractérisé par le fait que les particules dispersées dans la résine sont aes oxydes. t 1/20(-8 LU ï — 7 _ ‘ I il t I; u. * nr ileotnoue uj λ raronore selon la revenddcatia V I 1 caractériel rar le fait que l'élément atténuateur de défor mation.·. transversales cet composé par une résine dans laquelle sont distribuées des particules métalliques, le composite résultant étant non conducteur. /. -émois de fabrication des transducteurs ultrasonores selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on calcule la vitesse ce propagation de l'onde ultrasonore dans le milieu et la densité de 1'ensemble des éléments constituant ledit milieu en fonction des différentes concentrations, le produit ce·, la vitesse et ae la densité donne l'impédance acoustique pour 1 es différentes concentrations. // . \Νλ fî % \ A ιλ::1·: |W$