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FR2521381A2 - Acoustic transducer using metallised piezoelectric polymer films - where two films are joined at their central zones to increase output signal without reducing resonant frequency - Google Patents

Acoustic transducer using metallised piezoelectric polymer films - where two films are joined at their central zones to increase output signal without reducing resonant frequency Download PDF

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FR2521381A2
FR2521381A2 FR8202530A FR8202530A FR2521381A2 FR 2521381 A2 FR2521381 A2 FR 2521381A2 FR 8202530 A FR8202530 A FR 8202530A FR 8202530 A FR8202530 A FR 8202530A FR 2521381 A2 FR2521381 A2 FR 2521381A2
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FR
France
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films
transducer according
transducer
truncated cone
acoustic transducer
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FR8202530A
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French (fr)
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FR2521381B2 (en
Inventor
Preston Vincent Murphy
Guy Maurer
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Lectret SA
Original Assignee
Lectret SA
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/005Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers using a piezoelectric polymer
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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Abstract

Parent patent describes a transducer using polymer films, the edges of which are fixed in a hollow support so the film edges are separate from each other. In this addn., two films are used which each have a concave surface (a) with a flat middle zone (a1), and a convex surface (b) with a flat middle zone (b1). The two flat convex zones (a1,b1) of the two films are joined together, but the edges of the two films are kept separate by the hollow support. The result is a simple and expensive transducer.

Description

La présente invention, comme la demande de brevet principal No. 80 01469, a pour objet un transducteur acoustique comprenant un support creux et une pluralité de films polymères piézoélectriques métallisés fonctionnant en oscillateur. The present invention, like main patent application No. 80 01469, relates to an acoustic transducer comprising a hollow support and a plurality of metallized piezoelectric polymer films operating as an oscillator.

Les transducteurs acoustiques utilisant des e le-- ments piézoélectriques comme oscillateur sont connus dans la littérature. Par exemple les brevets américains
No.3 832 580 et No.3 792 204 décrivent des transducteurs utilisant un seul film piézoélectrique, un article de
Tamura et al présenté en 1978 a la conférence "Acoustical Society Meeting" à Honolulu décrit une paire de films piézoélectrique tendus a la surface inférieure et supérieure d'un coussin de mousse polyuréthane. Le brevet américain No.3 832 580 décrit l'utilisation d'une pluralité d'éléments piézoélectriques suspendus dans diverses configurations.
Acoustic transducers using piezoelectric elements as an oscillator are known in the literature. For example American patents
No.3,832,580 and No.3,792,204 describe transducers using a single piezoelectric film, an article of
Tamura et al presented in 1978 at the conference "Acoustical Society Meeting" in Honolulu describes a pair of piezoelectric films stretched on the lower and upper surface of a cushion of polyurethane foam. U.S. Patent No. 3,832,580 describes the use of a plurality of suspended piezoelectric elements in various configurations.

Pour une tension électrique alternative donnée un transducteur a film piézoélectrique produit typiquement une amplitude sonore plus faible que celle produite, avec le même voltage, par d'autres types de transducteurs tels que les transducteurs électro-dynamiques. For a given AC voltage, a piezoelectric film transducer typically produces a lower amplitude than that produced, with the same voltage, by other types of transducers such as electro-dynamic transducers.

Cette sensibilité, en tension, plus faible, peut conduire a une amplitude indésirablement faible pour certaines applications, telles que les récepteurs télEpho- niques, ou la tension de signal est faible. D'autre part, les transducteurs a films piézoélectriques utilisés comme microphones ou transmetteurs produisent pour une pression sonore donnée, une tension de sortie plus faible que d'autres types de transducteurs, tels que les condensateurs électret. Des tensions de sortie si basses nécessitent l'utilisation d'amplificateurs de gains importants dont le coût est relativement élevé
L'invention décrite dans la demande de brevet principal remédie à ces inconvénients en augmentant l'ampli tude sonore sans l'utilisation d'un amplificateur électronique.
This lower voltage sensitivity can lead to an undesirably low amplitude for certain applications, such as telephone receivers, where the signal voltage is low. On the other hand, piezoelectric film transducers used as microphones or transmitters produce a lower output voltage for a given sound pressure than other types of transducers, such as electret capacitors. Such low output voltages require the use of relatively high cost gain amplifiers
The invention described in the main patent application overcomes these drawbacks by increasing the sound amplitude without the use of an electronic amplifier.

Le transducteur acoustique selon la demande de brevet principal comprend un support creux et une pluralité de films polymères piézoélectriques métallisés fonctionnant en oscillateur montés a leurs périphéries sur le support creux de sorte que leurs périphéries soient séparées et ils sont physiquement reliés au voisinage de leur centre a au moins un film adjacent. The acoustic transducer according to the main patent application comprises a hollow support and a plurality of metallized piezoelectric polymer films functioning as an oscillator mounted at their peripheries on the hollow support so that their peripheries are separated and they are physically connected in the vicinity of their center a at least one adjacent film.

Le transducteur ainsi obtenu est simple et d'un prix de revient très avantageux. The transducer thus obtained is simple and of a very advantageous cost price.

La présente invention se propose d'augmenter encore plus le niveau du signal de sortie d'un tel transducteur sans diminuer sa fréquence de résonance en étendant la liaison physique entre deux films adjacents plus loin que le voisinage de leurs centres. The present invention proposes to further increase the level of the output signal of such a transducer without reducing its resonant frequency by extending the physical connection between two adjacent films further than the vicinity of their centers.

Le transducteur acoustique selon l'invention est caractérisé par le fait que lesdits films ont la forme de tronc de cône aplati, un tronc de cône étant inversé par rapport à l'autre et que lesdits films sont physiquement reliés aux petites bases de troncs de cône. The acoustic transducer according to the invention is characterized in that said films have the form of flattened truncated cone, one truncated cone being inverted with respect to the other and that said films are physically connected to the small bases of truncated cones .

En reliant physiquement deux films adjacents d'un tel transducteur par une surface s'étendant au delà du voisinage du centre on a obtenu le résultat surprenant et inattendu d'augmenter le niveau du signal de sortie sans pratiquement diminuer la fréquence de résonance du transducteur. By physically connecting two adjacent films of such a transducer by a surface extending beyond the vicinity of the center, the surprising and unexpected result was obtained of increasing the level of the output signal without practically decreasing the resonant frequency of the transducer.

Selon une variante conforme à l'invention le transducteur acoustique est conçu pour produire du son et les films sont électriquement connectés en parallèle avec leurs polarités sélectionnées de telle façon que lesdits films se déplacent dans la même direction lorsqu'ils sont excités électriquement. According to a variant according to the invention, the acoustic transducer is designed to produce sound and the films are electrically connected in parallel with their selected polarities so that said films move in the same direction when they are electrically excited.

Selon une autre variante conforme à la présente invention le transducteur est conçu pour convertir le son en un signal électrique et les films sont électri quement connectés avec leurs polarités sélectionnées de telle façon que le voltage ou le courant de sortie de chacun desdits films s'ajoute lorsque lesdits films oscillent. According to another variant in accordance with the present invention, the transducer is designed to convert the sound into an electrical signal and the films are electrically connected with their selected polarities so that the voltage or the output current of each of said films is added. when said films oscillate.

Le dessin annexé représente, a titre d'exemple, une exécution de l'invention. The accompanying drawing shows, by way of example, an embodiment of the invention.

La figure 1 est une coupe verticale d'un transducteur acoustique conforme à l'invention. Figure 1 is a vertical section of an acoustic transducer according to the invention.

La figure 2 est un schéma électrique dudit transducteur. Figure 2 is an electrical diagram of said transducer.

Dans la figure 1 sont représentées la portion centrale 10 et la partie latérale 12 d'un micro. Les films en forme de troncs de cône aplatis 14 et 16 sont reliés leur petite base par de la colle epoxy 18 ou sont soudés thermiquement et montés à leur périphérie sur un support cylindrique 20 entre des anneaux 22 et 24, 24 et 26 respectivement. Les films 14 et 16 sont constitués de couches 28 en polyfluore de vinylidene ou copolymère polarisé, de 9 microns d'épaisseur qui sont métallisées par une couche 30 d'or d'une épaisseur de 200au. La métallisation s'arrête 1 une petite distance des bords du film et ne recouvre éventuellement pas la partie centrale. In Figure 1 are shown the central portion 10 and the side portion 12 of a microphone. The films in the form of flattened cone trunks 14 and 16 are connected to their small base by epoxy adhesive 18 or are thermally welded and mounted at their periphery on a cylindrical support 20 between rings 22 and 24, 24 and 26 respectively. The films 14 and 16 consist of layers 28 of polyvinylidene or polarized copolymer, 9 microns thick which are metallized by a layer 30 of gold with a thickness of 200 μm. The metallization stops 1 a short distance from the edges of the film and possibly does not cover the central part.

Les films sont polarisés pour obtenir un fort coefficiett piézoélectrique dans les deux directions (X et Y) de la surface du film (communément notés d31 et d32) de telle sorte que les films se déforment symétrique ment ce qui améliore efficacement le résultat. Les vecteurs de polarisation 43 des films 14 et 16 sont alignés perpendiculairement aux surfaces des films, et les films sont montés de telle sorte que les deux vecteurs sont de direction opposée. Les films ont 2,5 cm de diamètre et leurs bords 32, 34 sont séparés de 0,1 millimètre. The films are polarized to obtain a high piezoelectric coefficient in the two directions (X and Y) of the film surface (commonly denoted d31 and d32) so that the films deform symmetrically which effectively improves the result. The polarization vectors 43 of the films 14 and 16 are aligned perpendicular to the surfaces of the films, and the films are mounted such that the two vectors are in opposite directions. The films are 2.5 cm in diameter and their edges 32, 34 are separated by 0.1 millimeter.

A la figure 2 est représenté le montage électrique en série des films 14 et 16. Pour un niveau de pression sonore donné, la tension de sortie du microphone comportant deux films est pratiquement double de celle d'un microphone comportant un seul film. En vibration, le voltage généré par les deux films s'ajoute en série. In FIG. 2 is shown the electrical mounting in series of the films 14 and 16. For a given sound pressure level, the output voltage of the microphone comprising two films is practically double that of a microphone comprising a single film. In vibration, the voltage generated by the two films is added in series.

Toutes les combinaisons et variantes décrites dans la demande de brevet principal sont applicables à la présente invention.  All the combinations and variants described in the main patent application are applicable to the present invention.

Claims (7)

REVENDICATIONS 1. Transducteur acoustique comprenant un support creux et une pluralité de films polymères piézoélectriques métallisés fonctionnant en oscillateur, lesdits films étant montés à leurs périphéries sur le support creux de sorte que leurs périphéries soient séparées et étant physiquement reliés au voisinage de leur centre, caractérisé par le fait que lesdits films ont la forme de tronc de cône aplatis, un tronc de cône étant inversé par rapport a l'autre et que lesdits films sont physiquement reliés aux petites bases des troncs de cône. 1. Acoustic transducer comprising a hollow support and a plurality of metallized piezoelectric polymer films operating as an oscillator, said films being mounted at their peripheries on the hollow support so that their peripheries are separated and being physically connected in the vicinity of their center, characterized by the fact that said films have the shape of a flattened truncated cone, one truncated cone being inverted relative to the other and that said films are physically connected to the small bases of the truncated cones. 2. Transducteur selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que les petites bases de tronc de cône sont collées par de l'epoxy adhésive. 2. A transducer according to claim 1, characterized in that the small bases of the truncated cone are glued with adhesive epoxy. 3. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les petites bases de tronc de cône sont soudées par fusion thermique. 3. Transducer according to claim 1, characterized in that the small bases of truncated cone are welded by thermal fusion. 4. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il est conçu pour convertir le son en signal électrique et que lesdits films sont électriquement connectés en série avec leurs polarités sélectionnées de telle façon que le voltage de sortie de chacun desdits films s'ajoute lorsque lesdits films oscillent. 4. Transducer according to any one of claims 1 or 2, characterized in that it is designed to convert sound into an electrical signal and that said films are electrically connected in series with their polarities selected so that the voltage of output of each of said films is added when said films oscillate. 5. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par-e fait qu'il est conçu pour convertir le son en signal électrique et que lesdits films sont électriquement connectés en parallèle avec leurs polarités sélectionnées de telle façon que le courant produit par chacun desdits films s'ajoutant lorsque lesdits films oscillent. 5. A transducer according to any one of claims 1 or 2, characterized in that it is designed to convert sound into an electrical signal and that said films are electrically connected in parallel with their selected polarities so that the current produced by each of said films adding when said films oscillate. 6. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il est conçu pour produire du son et que lesdits films sont électriquement connectés avec leurs polarités sélectionnées de telle façon que lesdits films se déplacent dans la meme direction lorsqu'ils sont excités électriquement. 6. Transducer according to any one of claims 1 or 2, characterized in that it is designed to produce sound and that said films are electrically connected with their selected polarities so that said films move in the same direction when electrically excited. 7. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 4, caractérisé par le fait que la surface de la petite base de chaque film tronconique est environ le tiers de la surface de la grande base.  7. Transducer according to any one of claims 1 4, characterized in that the surface of the small base of each frustoconical film is approximately one third of the surface of the large base.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2151314A5 (en) * 1971-08-20 1973-04-13 Kureha Chemical Ind Co Ltd
US3816774A (en) * 1972-01-28 1974-06-11 Victor Company Of Japan Curved piezoelectric elements
FR2476957A1 (en) * 1980-02-22 1981-08-28 Lectret Sa ACOUSTIC TRANSDUCER

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