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Conception et modélisation d'un capteur acoustique

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par Abdoun SLIMANI
Université des sciences et de la technologie d' Oran Algérie - Magister 2010
  

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2.3 Différents types de transducteurs ultrasonores et

leurs principes de fonctionnement

2.3.1 Transducteur piézoélectrique

2.3.1.1 Structure d'un transducteur piézoélectrique

Le transducteur piezoelectrique convertit l'énergie électrique en énergie acoustique et inversement et son fonctionnement fait appel à la piezoelectricite. Il est constitue de trois elements de base qui sont : l'élément piezoelectrique, le materiau absorbant (ou backing) et lame d'adaptation d'impédance (ou lame quart d'onde) (cf. figure 2.3) [5,65,72].

> L'élément piézoélectrique est généralement composé d'un simple disque (ou plaque) de céramique piézoélectrique qui permet la conversion d'un signal electrique en vibration mecanique ou reciproquement.

> 3/1 %47,4i1M1Vs4VH/t est un materiau dense et très attenuant sert d'amortisseur aux vibrations de l'élément piézoélectrique après l'excitation et absorbe également une partie de l'énergie rayonnée vers l'arrière de l'élément piézoélectrique. Plus l'impédance acoustique du materiau absorbant est proche de celle de l'élément piezoelectrique, plus la quantite d'énergie absorbee est elevee (amortissement fort), favorisant la création d'impulsions courtes d'où une meilleure résolution axiale6 du transducteur, au prix d'une dégradation de sa sensibilite7.

6

La resolution axiale est le pouvoir de separer dans le temps des ondes reflechies respectivement par deux reflecteurs très voisins situes sur une direction axiale [1].

7 La sensibilité est l'aptitude de détecter des réflecteurs, plus le signal qui est reçu de ces reflecteurs est grand, plus la sensibilite est meilleure [73].

> Lame d'adaptation d'impédance sert de protection contre les chocs mécaniques et permet un transfert maximal de l'énergie issue de l'élément piézoélectrique au milieu de propagation. Elle peut agir aussi comme lentille acoustique focalisatrice placée en avant de l'élément piézoélectrique et il sert à modifier la géométrie du faisceau ultrasonore. L'impédance acoustique de la lame d'adaptation d'impédance est comprise entre celle de l'élément piézoélectrique et celle du milieu de propagation permettant d'éviter une trop forte réflexion du faisceau ultrasonore vers le transducteur. L'énergie transmise sera maximale si l'épaisseur de lame d'adaptation d'impédance est égale ël/4 (ël étant la longueur d'onde de la lame à la fréquence de fonctionnent du transducteur) et son impédance est égale à la moyenne quadratique de l'impédance acoustique de l'élément piézoélectrique et celle du milieu de propagation.

Connecteur

Circuit électrique

Conducteurs électriques

Electrodes

Elément piézoélectrique

Boitier

Housse isolante

Matériau absorbant

Lame d'adaptation
d'impédance

Fig. 2.3 - Constitution d'un capteur acoustique piézoélectrique [73]

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