Etude des composites piézo-électriques1. 3 pour applications

= 1. 3 piezocomposites for underwater applications

• Auteur / Autrice : Laurent Goujon
• Direction : Claude Bichard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGEF - Laboratoire de Génie Electrique et Ferroélectricité (Lyon, INSA)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électroacoustique

Matériaux piézoélectriques

Composites

Résumé

Cette étude concerne l'évaluation dans la gamme de fréquence 200-500kHz de composites 1. 3 construits à partir de différents types et différentes fractions volumiques de PZT, pour des applications sous marines. En s'appuyant sur le bon accord entre le modèle KLM et la mesure, il est montré qu'en émission bas niveau, les meilleurs candidats sont les composites à 40-60% de p194 (Navy VI). Des sensibilités de 180dB (ref 1microPa/V@1m) peuvent être obtenues, avec des bandes passantes de 10 à 15%. En réception, les meilleures sensibilités (-170dB ref 1V/microPa) sont obtenues avec des composites à 10% de P762 (Navy I). En connectant une charge électrique d'égale impédance au transducteur, le rendement de conversion méca-électrique peut être optimisé aux fréquences de résonance et d'antirésonance et être supérieur au coefficient de transmission calculé à partir des impédance acoustiques des milieux. Les composites à 40-50% de P189 (Navy III) présentent les meilleurs rendement de conversion (0. 5 dB).

The objectif of this work is the study of 1. 3 piezocomposites made with different PZT type and volume fraction, in the 200-500kHz frequency range for underwater applications. At the low level of excitation, and given the good agreement between the KLM model and the experimental results, it is shown theoretically that P194 (Navy VI) based piezocomposites with 40 to 60% PZT volume fraction are the best configurations for emission purpose. Transmitting voltage response (TVR) of 180dB (ref 1microPa/V@1m) can be obtained with a relative bandwidth of 10 to 15%. For reception, best sensibilities (-170dB ref 1V/microPa) are the same impedance than the transducer, the mechano-electric conversion efficiency can be optimized at its resonance and antiresonance freqencies, and the acoustic impedances of the water and the composite. The best conversion effeiciencies (0. 5dB) are obtained with 40 to 50% P189 (Navy III) based piezocomposites. High instantaneous input power - low duty cycle measurements (40W/cm2, 1%).