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Transducteurs piézoélectriques ultrasons

La production d'ultrasons est réalisée par des transducteurs piézoélectriques. Ces transducteurs permettent la conversion d'une énergie électrique en une énergie mécanique et réciproquement.

Il est préférable de spécialiser ceux-ci en fonction de leur utilisation :

 

  • en émission : les propriétés recherchées seront le rendement et la capacité d'émettre un signal de fort niveau,
  • en réception : la sensibilité et le rapport signal/bruit seront les caractéristiques déterminantes de la performance du transducteur.

 

Il est possible d'utiliser un transducteur en émission/réception, notamment pour les systèmes de mesure ou les techniques de contrôle. Dans ce cas, le transducteur doit être un compromis entre les critères décrits ci-dessus.

 

Il existe de nombreux type de transducteurs pouvant répondre à la plupart des applications, et ce dans la gamme de fréquence des ultrasons. Ils peuvent cependant être classifiés en fonction de leur utilisation et/ou de leur gamme de fréquence.

Deux technologies complémentaires sont mises en œuvre :

1. En basse fréquence : < à 120kHz

Les transducteurs sont réalisés par un empilement de céramiques maintenues entre deux pièces métalliques qui assurent un serrage de l'ensemble (transducteur de Langevin) ou sont réalisés à partir d'un disque qui exploite l'effet de Poisson.

 

Le transducteur de puissance est associé à deux éléments pour adapter le transfert de l'énergie au milieu :

 

  • la sonotrode qui transmet la vibration mécanique au milieu et dont la géométrie est déterminante pour modifier l'amplitude de vibration produite par le transducteur.
  • le booster, optionnel, se situe entre le transducteur et la sonotrode. Son rôle est d'assurer une amplification vibratoire mécanique.

2. En haute fréquence : >à 120kHz

Les transducteurs sont composés d'une céramique unique réalisés à partir d'un matériau homogène ou piézo-composite. Pour la mesure, des couches d'adaptation permettent d'optimiser le transfert de l'énergie dans le milieu de propagation, l'ensemble du transducteur est ensuite protégé par une membrane acoustiquement transparente au signal.


Les transducteurs sont des éléments résonants, comme les diapasons. Ils sont mis en œuvre dans la zone de cette résonance. Pour certaines applications particulières (actionneurs de micro-déplacements), ils sont utilisés en dehors de cette zone.

 

L'utilisation à la fréquence de résonance répond à une nécessité de rendement. Le dispositif a la capacité de transmettre une forte puissance en émission, mais présente des caractéristiques intéressante à la réception au voisinage d'une fréquence particulière qui est la fréquence d'antirésonance.

 

 

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