Générateurs soniques et ultrasoniques

Les transducteurs soniques et ultrasoniques sont des convertisseurs électromécaniques ou électro-acoustiques. Ils transforment l’énergie électrique en vibrations, qui sont utilisées pour générer de la puissance mécanique, acoustique ou même thermique. Les transducteurs sonores fonctionnent à des fréquences audibles, tandis que les ultrasons fonctionnent à 20 kHz ou plus. Les transducteurs sont souvent des dispositifs réciproques : La plupart des transducteurs peuvent fonctionner comme des capteurs ou des générateurs exploitant la conversion mecano-électrique. Cette section présente uniquement les modes d’actionnement ou d’émission. La conversion dans ces transducteurs est généralement basée sur des forces piézoélectriques, magnétostrictives ou magnétiques. 

L’approche la plus conventionnelle consiste à utiliser de telles forces pour exciter une résonance mécanique. Pour la même excitation électrique, la vibration à la résonance est la vibration à basse fréquence multipliée par le facteur de qualité mécanique à la résonance. Cela permet d’obtenir une bonne efficacité et des tensions d’excitation réduites. L’alternative est de générer des vibrations forcées. Les vibrations forcées entraînent une large bande passante de fréquence et sont beaucoup moins sensibles aux variations de charge.

Les transducteurs à ultrasons usuels aussi appelés processeurs ultrasoniques industriels sont des structures résonantes généralement basées sur 3 résonateurs de demi-longueur d’onde : un convertisseur piézo, un booster et une sonotrode. Ils sont utilisés pour le soudage par ultrasons, le fraisage, le nettoyage, la nébulisation ou l’assistance par ultrasons dans le forage, l’extrusion, l’homogénéisation, le déclassement des filtres… CEDRAT TECHNOLOGIES peut définir des solutions à l’aide de transducteurs standard. La personnalisation est souvent nécessaire pour adapter la sonotrode à la charge comme indiqué ci-dessous.

Une nouvelle approche consiste à utiliser de nouveaux matériaux actifs tels que la céramique piézoélectrique multicouche (MLA) ou les matériaux magnétostrictifs géants (GMM). Ceux-ci sont utilisés pour construire des transducteurs de résonance à basse fréquence dans les structures Tonpilz à double masse. Basés sur des capteurs MLA précontraints, les PPA et APA® de CEDRAT TECHNOLOGIES sont des sources pertinentes pour les transducteurs à résonance ultra-compacts car ils offrent de très grandes tensions dynamiques (plus de 1 %) à basse tension (10V) comme dans le Water Tracker. De plus, les PPA et APA® offrent de grandes tensions de résonance extérieure, ce qui permet de les utiliser pour les vibrations forcées, par exemple dans les tribomètres, les shakers piézoélectriques ou divers processus assistés par vibration (verre / métal / coupe composite, perçage, edm…). 

A terme, les actionneurs magnétiques peuvent être envisagés pour des sources acoustiques de basses fréquences : Les actionneurs magnétiques MICA de CEDRAT TECHNOLOGIES offrent une alternative intéressante aux bobines vocales pour une densité de forces plus élevée et pour un chauffage 10 fois moins élevé.  Les matériaux magnétostrictifs géants (GMM) sont une alternative aux piézos pour les transducteurs haute puissance à basse fréquence (sonar).

Quelques exemples sont donnés ci-après ou dans nos publications connexes sur les transducteurs sonores ou ultrasoniques.