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Llinvention a poux objet un dispositif récepteur de
grande longueur et de structure continue.
L'art antérieur, dans le domaine des capteurs de
grande longueur et de structure continue, peut être représente
par le brevet U.S. No. 2,649,57g qui decrit un detecteur d'ondes
sismiques du type capacitif utilisable pour la prospection
sismique terrestre. Il comporte une enveloppe allongee, close
et aplatie, pourvue de deux surfaces opposees solidaires inte-
rieurement de deux électrodes souples maintenues ecartees l'une
de l'autre par de l'air insuffle dans l'enveloppe. Les mouvements
sismiques, communiques à la surface du sol sur lequel le detec- `~
teur repose, modifient l'écartement des deux electrodes et, par
conséquent, engendrent une tension electrique entre elles. Les
deux électrodes peuvent être polarisees en les connectant aux
bornes d'un gen~rateur de tension.
Le dispositif recepteur selon l'invention peut être
utilisé pour des mesures de variations de pression dues à des
vibrations sismiques en mer. ;
Il comporte au moins un ensemble sensible comportant
deux alectrodes realisaes en un materiau conducteur dispos~es de
part et d'autre d'un ~lement d~formable poss~dant une polarisation
filectrique permanente. Ce dispositif est caract~ris~ en ce que
chaque ensemble sensible comporte un ~l~ment compressible dont le
volume varie en repon9e a de5 variations de pression et electri-
quement isolant dispose entre l'~l~ment d~formable et au moins
une des ~lectrodes.
- Les avantages de l~invention ainsi que d'autres `
caract~ristiques du dispositif appara~tront à la lecture de la
descrlption ~ui suit de modes de realisation du dispositif et en
se referant aux figures annexees sur lesquelles~
la figure 1 represente sch~matiquement un premier mode
de raalisation du dispositif sous forme plate,
1()5~610
la figure 2 représ,ente schemra~ti~uement un second mode
de realisation du dispositif sous forme plate~
i c~lr(~ ~3 rt.~r)rt~t.~ t~ t? vl~ co~Jpt~ c~pteur
de la figure 2,
la figure 4 represente une vue en coupe d'un troi- -
sième mode de realisation du dispositif sous forme d'empilements
de même polarite,
la figure 5 represente une vue,en coupe d'un quatrieme
mode de realisation du dispositif sous forme d'empilement d'ele-
0 ments de polarite inverse,
la figure 6 represente schematiquement une variante du
dispositif comporta~ ,
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deux éléments sensibles associés à leurs armatures, de même
polarité, fixées de part et d'autre d'une bande isolante et
connectées en série,
- la figure 7 représente une variante du dispositi~ selon
laquelle les éléments sensibles ont la même disposition qu'à
la figure 6, les armatures étant connectées en parallèle,
- la figure 8 représente une vue en coupe d'un cinquième mode
de réalisation du dispositif, les différents éléments ayant
une forme cylindrique,
- la figure 9 représente une vue en coupe d'un sixième mode
de réalisation du dispositif, l'une des armatures et les
deux éléments étant e~roulés sur une armature cylindrique,
- la figure 10 représente schématiquement un septième mode de
réalisation du dispositif comportant des ensembles du type
représenté aux figures 1 ou 2, enroulés en spirale de sens :
opposés, voir 2ième planche de dessins,
- la figure 11 représente schématiquement une variante de
l'ensemble illustré aux figures 1 ou 2, sp~cialement adaptée
à une utili~ation terrestre,
2q - la figure 12 représente schématiquement une variante de
l'ensemble illustré aux figures 1 ou 2 avec une largeur .;
variable, voir 3ième planche
- la ~igure 13 représente sch~matiquement un capteur du type
repr~9enté à la figure 9 avec le9 deux éléments et l'une des
armatures enroul~s par spires ~ pas variable.
Le capteur illu9tré à la figure 1 co~porte un ensemble
1 de trois ~l~ments plats allongés dont la longueur est très ..
9up~rieure à leur largeur. Il comporte une première armature : .
con9titu~e pa~r un ruban ou tresse métallique 2 de laquelle est
solidaire un élément 3 réalisé en un matériau isolant électri~
quement~ La structure de cet élément (ou le matériau qui le
con9titue) est choisie de telle sorte qu'il soit compressible,
2 A~
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c'est-~-dire que son volume varie lorsqu'il est soumis à des
contraintes. A titre d'exemple, non limitatif, on peut choisir
un él~ment isolant en forme de grille, par exemple un ruban
perforé ou réalisé par tissage.
L'él~ment isolant est recouvert par un élément
déformable 4 possédant une polarisation électrique permanente.
On pourra choisir, par exemple, un élément réalisé en un
matériau du type connu sous le nom de "électret". Ce matériau
est obtenu, par exemple, en polarisant des rubans d'épaisseur
comprise entre huit et vingt-cinq microns et réalisés en
matière plastique du type polypropylane, P.T.F.E.*, polyéthy-
lène téréphtalate, etc... Cette polarisation est effectuée
par bombardement électronique par application d'un champ
électrique, le matériau étant chau~fé au voisinage du point
de ramollissement, par effet Corona, par irradiation ultra-
violette, etc
Le ruban "electret" est lui-même recouvert par une
couche m~tallisée 5 constituant une seconde armature.
Lorsque des contrainte9 mécani~ues sont exercées
~ur l'empilement de9 troi~ élément9 1, 2 et 3, le ruban
"~lectret" 9e déplace par rapport aux armatures et le champ
~lectrique interne qui le polari9e induit 9ur celles-ci des
charge~ électrique9. On ob8erve alor9 des variation9 de la
ten~ion électrique entre le9 deux armature9.
¦ Des conducteurs électri~ues, non repr~sent~s, connec-
¦ tent le~ armature9 aux appareil9 d'enregi9trement des variations
¦ d0 ten~ion détectée9 par l'intermédiaire d'un transformateur
ou d'un pré-amplificateur adaptateur, également non repré9enté9. `~
Dan~ le mode de réalisation représent~ aux figures 2
et 3, l'en9emble 1 comporte un empilement constitu~ d'un ruban
"électret" 4 dont chacune des faces est sépar~e de deux bandes
: _
* polytétrafluoroéthylène '
` ~ 3 ~
.. ..
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métalliques plates 2,6, jouant le rôle d'armature, par deux
bandes 3a et 3b analogues à la bande 3 représentée à la figure
1. L'empilement peut être recouvert d'une gaine isolante 17
en matière souple.
Suivant le troisième mode de réalisation illustré
à la figure 4, on peut avantageusement empiler trois ensembles
lA, lB, lC, identiques à l'ensemble 1 illustré à la figure 3,
et plus généralement un nornbre quelconque de ces ensembles, et
les connecter en série. La sensibilité du dispositif se
trouve accrue tandis que sa capacité est diminuée.
D'autres modes de réalisation du capteur sont destinés
à pallier les inconvénients dus à la flexion. Lorsqu'un capteur
souple est fléchi, certaines zones subissent des extensions
et d'autres des compressions. Des charges électriques sont
engendrées dans ces zones et perturbent l'information sismique.
Suivant le mode de réalisation illustré à la figure `
5, deux ensembles capteurs du type représenté aux figures 2
ou 3 ont été associés et disposés de part et d'autre d'une
bande 18 en matière isolante souple. Dans le cas où les
ensenibles capteur9 9itué9 de part et d'autre de la bande
isolante 18 ne lui sont pas liés rigidement, ils subissent
sensiblement la même lexion et délivrent des charges de même
signe si leur polarité est orientée dans le même sen~. Pour
annuler ces charges parasites, il convient donc d'inverser
cette polarit~, ainsi ~ue l'illustre la figure 5.
Deux capteur9 rendus solidaires l'un de l'autre
9ubissent, lorsqu'ils sont soumis à une ~lexion, l'un une
compre89ion, l'autre une extension, et délivrent des charges ~'
~lectriques parasites de ~igne inverse. La polarité des deux
capteur9 doit donc, dan9 ce ca9, avoir la même orientation ~ -
pour ~ue les charges parasites s'annulent. Ce cas est illustré
par la figure 6 où les armatures sont connectées en série et
'~ '. '
- 4 -
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la figure 7 o~ les armatures sont connectées en parallèle.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 8,
l'ensemble des capteurs a une forme cylindrique. A titre
d'exemple, il comporte le même type d'empilement d'élément~
que celui décrit à la figure 1 ou 2. Du centre à la périphérie,
il comporte successivement un noyau central 14 réalisé en
matière plastique isolante souple recouvert extérieurement par
une armature souple 7 qui peut être constituée par une métalli-
sation de la surface extérieure du noyau central 6, puis par
une première grille isolante 8, un élément sensible "électret"
9, une seconde grille isolante 10, une seconde armature
conductrice 11 et une gaine extérieure isolante et souple 12.
Dans le mode de réalisation de la figure 9, l'ensemble
constitué par l'empilement de la grille isolante 2, du ruban
"électret" 3 et de sa couche métallisée 4(cf. figure 1) est
enroulé, suivant une spirale de pas constant, sur un noyau
central 13 de forme cylindrique en matériau conducteur.
Le capteur illustré à la figure 10 comporte principale-
ment un noyau cylindrique isolant 14 autour duquel est enroulé
un ensemble capteur lS du type illustre par les flgures 1 ou 2.
~ek en5emble est entour~ d'un ~lément i901ant, par exemple
une bande 16 de mati~re 90uple i901ante 9uperpos~e par enroule-
men~ ~ l'en9emble capteur 15. Un second ensemble capteur 22,
identi~ue au premier en9emble 15, e9t enroul~ en spirale de
9en9 in~erse de celle du premier, par-de99u9 la bande isolante
lS. Les armatures des deux ensembles capteurs 15 et 22 sont
connectée9 en parallele par l'interm~diaire de bagues l9a, l9b,
20a, 20b et connect~e9 à un circuit de me9ure non représenté.
~ ~a 5tructure adoptée dan9 ce mode de réali9ation du
30 capteur a pour avantage de réaliser une double compensation
de9 effets du5 à la flexion: d'une part selon le principe
illu~tré à la fi~ure 5, par opposition de la polarité des
I - 5 -
'
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armatures et, d'autre part, du fait que pour une longueur
donnée du dispositif, en mouvement de flexion, un même nombre
de fractions de spires travaille en traction et en compression.
Le nombre d'enroulements n'est, bien entendu, pas lim4tatif.
Plus généralement, un ou plusieurs ensembles capteurs pourront
etre enroulés autour du noyau 14 et connectés de la fa~on
illustrée aux figures 4 et 5.
Les modes de réalisation du capteur précédemment
décrits sont particuli~rement adaptés à des mesures dans l'eau.
Le capteur de structure continue selon l'invention
peut cependant être adapté à une utilisation terrestre, ainsi -
que l'illustre la figure 11.
Dans ce cas, on utilise un ensemble capteur de forme
plate, du type illustré aux figures 1, 2, 4 ou 5, et on dispose ;
sur une de ses faces des petites masses 21, en plomb par exemple,
destinées à constituer une force de réaction qui permet de
transformer les variations de vitesse du sol transmises au
capteur en variations de force, donc en variation9 de pression,
appliquées au capteur. De plus, ces masses facilitent le
contact du capteur avec le sol. Ces petites masses peuvent
être, par exemple, disposée~ 90U9 la gaine souple 17 qui le~
maintient.
On peut également concevoir le capteur de fa~on à
pondérer 9a 8ensibilité en 9e9 différente9 ~one9 en fonction
de la distance de CQ9 zone9 au centxe du di9positif, afin
d'améliorer 9a directivité. Par exemple, dan9 le cas d'un
en8emble capteur en forme de bande, on fera varier la largeur
de cette bande qui 9era par exemple plus large vers le centre
du capteur qU'à ~es extrémités (figure 12). ;-
Danq le cas d'un capteur de forme cylindrique, on `~
pourra faire varier le pa9 d'enroulement de l'en9emb1e capteur.
¦ ~e pa9 d'enroulement sera plus grand aux extrémit~s de l'en9emb1e
- 6 -
':
~ ~ :
1059610
capteur que vers le centre de celui-ci où l'on obtiendra une
plus forte concentration de spires (figure 14).
D'autres modes de réalisation pourron~. être effectués
sans sortir du cadre de l'invention.
''
:
~ . .
~ '
7 -
,: ..", ,.., . .-..
~oss610
DI W LGATION SUPP~EMENT~IRE
(...) la figure 14 représente un huiti~me mode de réalisation du dispositif selon
l'invention;
- la figure 15 représente une premi~re variante du neuvième mode de r~ali- -~
sation;
- la figure 16 représente une seconde variante du neuvième mode de r~alisa-
tion;
- la Pigure 17 représente un dixi~me mode de réalisation du dispositif -
selon l'invention
Dans le mode de réalisation de la figure 14, l'ensemble de la première élec-
10 trode et de l'élément compressible est remplacé par un élément plat 21 en mate- `-~
riau conducteur dont les surfaces comportent des inégalités de relief réguli~-
rement espacées constituées par des cuvette~ de forme parallélépipédiques, pyra-mldale, cyllntrique ou en forme de calotte sphérique, etc... Ces inégalités de --
rellef peuvent atre réalisées :
- - par apport tlun materlau sur un ruban plat. On peut par exemple déposer
un metal par électrolyse ou deposer un vernls par serigraphie;
- par gravure mecanique ou chimique des surfaces d'un ruban m~tallique plat;
- ot par moletage ou matriçage.
:
L~lement 21 constitue une electrode ou armature. La seconde électrode est
un film metallise 5 en contact avec l'électret . Pendant les operations de
fabrication, le ruban ~lectret est dlspose sur l'element 21 et l'air contenu
dans leo cuvettes est emprlsonne. Le volume delimite par l'elément 21 et la
ourface en regard du ruban électret est variable sous l'effet des contraintes
exercees sur l~autre armature. De ce fait l'élement 21 ~our le ~ême rôle que
~ le ruban perfore forme d~eléments entrelaces~ utilisé dans les autres modes de ;~
,~
` ;~ ` 8
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réalisation précédemment décrits,
,
Avec les modes de ~éalisation précédents, lorsque des contraintes sont
appliquées à l'ensemble se~ible, la seconde électrode et le film électret
~e déforment et font varier la di~tance entre les électrodes. Le champ élec-
trique engendré en permanence par le film électret induit alors une différence
de potentiel entre les électrodes,
Le film ~lectret remplit dans cet agencement une double fonction : celle
t'engendrer un champ électrique et celle de transmettre des déformations méca-
niques,
Il s'av~re q~e certains matériaux utilisés dans la fabrication du film
électret (PTFE par exemple) ont des caractéristiques mécaniques insuffisantes
pour transmettre fidèlement les contraintes mécaniques auxquelles ils sont
soumis,
Suivant certains modes de réalisation, le film métallique constituant la
seconde électrode est réalisé sous la forme d'un dépôt appliqu~ sous vide sur
la surface du film électret,
Il s'avère également qu'une métallisation de la surface te certains films
tiélectriques dégrate les caractéristiques electriques du mat~riau par diffu-
~ion t'ions métalliques lors de la metallisation sous vite par exemple, L'uti-
ligatlon te fllm9 électret8non m~tallls~s e9t alors preferable,
Le8 tes d3 réallsatlon tecrlt8 cl-apr~9 permettent, dans ces cas defavo-
rables, d'evlter les inconvenlents ci-tessus mentlonnés,
Lo mote de r~allsatlon de la flgure 15 comporte un ruban metalllque 2 plat
rolativement ~pais, suf~lsamment souple pour pouvolr être enroule mais pouvant
~tre consldere co~me localement rlglde, Ce ruban constltue la premlère electro-
de ou armature, Sur ce ruban est posé, coll~ ou soude un fllm électret relati-
voment mlnce 4 lequel est recouvert par un elément 3 lsolant electrlquement et
compres81ble constitué par un ruban reallsé en un matériau rlgide et reguli~re-
mont perforé, Une seconde electrode ou armature repose sur l'élément isolant,
~a 8econde ~lectrode est constituee par une membrane metallique 6 dont l'épais-~eur est de l~ordre de quelques mlcrons, Le métal tans lequel est réalisé la
membrane est choisi en fonction te la sensibllité tésirée,
* polytétrafluoroethylène
~' ` '
- .
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La seconde electrode peut ~galement être constituée par un film en matériau
plastique mlnce métallisé sur une de ses faces. Les propriétés m~caniques de la
- mati~re plastique dans laquelle est réalisée le film lui permettent de ~ouer le
rôle de membrane transmettant fidèlement les contraintes exercées. On choisit
par exemple du polypropylène,un polycarbonate, du polyéthylène térephtalate,
etc... L'épaisseur du film est choisie de préférence entre huit et vingt-cinq
microns. La surface m~tallisée est disposée en regard du film électret.
Une première variante du mode de réalisation de la figure 15 consiste à
remplacer le ruban perforé 3 par un ruban formé d'éléments entrelacés (fig. 16),
réalisé en matière plastique ou un ruban tissé.
Ls seconde variante du mode de réalisation de la figure 1 consiste (fig. 17)
a remplacer le ruban perforé 3 par un ruban réalisé en matière plastique compres-
sible tmatériaux cellulaires par exemple).
Dans les teux variantes ci-dessus la seconde électrode ou armature peut
egalement être constltuée soit par une membrane m~tallique, soit par un film
plastique mince métallise sur une de ses faceo.
Dans les modes de réalisation des figures 15 à 17, le film électret n'est
plus utilise comme agent de transmission mecanique mais seulement pour engen-
drer un champ electrique, Le6 teformations résultant des contraintes ne sont `
transmises que par l'element compressible et l'armature ou electrode extérieure.
En outre, la seconte armature, realisee eventuellement par metallisation esten contact avec l~lement compressible et non avec l'electret.
Le8 mode8 de reali~atlon cedrits ci-des9us 9e prêtent aux mêmes combinaisons
que ceux illu8tres aux fi~ures 3 à 7 : connexion en 8êrie de deux ensembles sen-
~lble8 par contact direct entre leur9 electrotes 6paisses, connexion en serie ` :
ou en parallele de plusieurs ensemble8 sensibles~ empiles avec interposition de
bande8 i901antes souple9, pour compenser les signaux parasites dus aux flexions;
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