<Desc/Clms Page number 1>
PROCEDE ET DISPOSITIF POUR MESURER L'EPAISSEUR DE PAROIS A L'AIDE D'IMPULSIONS
D'ULTRA-SONS.
La présente invention est relative au mesurage de l'épaisseur de parois par le procédé de sondage par écho, à partir des échos d'impulsions d'ul tra-sons.
La vérification de matières, sans destruction de celles-ci, à 1' aide d'impulsions d'ultra-sons par le procédé par écho est connue. Dans ce cas, un générateur d'ultra-sons, tel qu'un cristal piézoélectrique ou un autre géné- rateur d'oscillations électromécanique. est excité par un générateur d'impulsions à haute fréquence pour donner des impulsions d'ultra-sons. Le générateur d'ultra- sons est monté sur l'objet à sonder et envoie dans celui-ci les impulsions d' ultra-sons, qui se propagent dans l'objet en question avec une vitesse spécifi- que pour chaque matière.
Les oscillations d'ultra-sons sont réfléchies par la paroi opposée de l'objet et sont recueillies par le même ou par un autre oscil- lateur électromagnétique, qui engendre, à son tour, à nouveau des imputions à fréquence élevée.
La méthode connue pour déterminer l'épaisseur de parois consis- te à mesurer le temps qui s'écoule entre le départ d'une impulsion et le retour de son écho. Ce temps donne après multiplication par la vitesse de propagation du son spécifique pour l'objet à sonder,, la longueur du trajet parcouru, à sa- voir le double de l'épaisseur de paroi.
Comme le temps susdit est court.. il est d9usage,, dans la mé- thode connue, de la mesurer à l'aide d'un tube à rayons cathodiques utilisé com- me base de temps,,, de telle sorte que l'impulsion de départ et son écho appa- raissent sous forme de dents sur un côté de la base de temps.
Etant donné que l'écho engendré par la paroi opposée est réfléchi plusieurs fois entre la paroi antérieure et la paroi opposée ou postérieure, il se peut lorsque l'absorption des oscillations dans la matière est faible, c'est- à-dire lorsque leur amplitude n'est pas fortement diminuée lors du passage à tra-
<Desc/Clms Page number 2>
vers la matière, que plusieurs échos soient formés, ces échos arrivant à in- tervalles réguliers, en raison de la longueur équivalente du parcours qu'ils ont à effectuer.
Lorsque la base de temps est linéaire, les déviations représentant l'écho sont réparties uniformément sur l'écran du tube à rayons cathodiques. Il est alors possible de mesurer avec grande précision l'épaisseur de paroi, en lisant l' intervalle entre l'impulsion de départ et, par exemple, son dixième écho, cet intervalle correspondant au temps que requiert l'impulsion pour parcourir à vingt reprises l'épaisseur de la paroi de l'objet à sonder.La précision de cette méthode de mesure de l'épaisseur de parois est rendue exacte à environ 2% près, lorsqu'on exécute au préalable un étalonnage de l'échelle de mesure, à l'aide d'un spécimen d'épaisseur connue.
Cette méthode connue pour mesurer l'épaisseur de paroi par son- dage par écho présente divers inconvénients. Ainsi, elle est particulièrement dé- savantageuse parce qu'elle exige un comptage des échos et un certain travail de calcul, ce qui la rend impropre à une utilisation pratique. Par ailleurs, la précision de la mesure est limitée lorsque la tension de déviation ne varie pas exactement linéairement avec le temps.
Ces inconvénients sont évités grâce au procédé suivant l'inven- tion, qui est basé sur une mesure de fréquence et fournit une méthode de mesure directe et plus précise, sans comptage des échos, ni calcul subséquent, ce pro- cédé permettant, par exemple, de mesurer directement des épaisseurs de paroi de 4 à plus de 200 mm avec une erreur de moins de 1%.
Dans le procédé suivant l'invention.. il faut distinguer trois fréquences différentes, à savoir la fréquence d'impulsions., la fréquence de sé- quence d'impulsions et la fréquence de séquence d'échos.
La fréquence d'impulsion est égale à la fréquence d'ultra-son des impulsions émises, qui peut, par exemple, être obtenue avec un des disposi- tifs habituels de sondage par écho à ultra-sons:. Dans les dispositifs habituels de sondage par écho à ultra-sons, cette fréquence est ordinairement comprise entre 0,5 et 5 mégahertz.. Pour mesurer l'épaisseur de matières en feuille, cette impulsion:, est avantageusement choisie assez élevée, pour permettre d'en- gendrer de courtes impulsions et ainsi une mesure précise même dans le cas de faibles épaisseurs de parois.
La fréquence de séquence ou suite d'impulsions est le nombre d'impulsions émises par seconde, chaque impulsion présentant la fréquence d' ultra-son ou fréquence d'impulsion. En employant un tube à rayons cathodiques,. elle doit correspondre avec le cycle de la base de temps, c'est-à-dire avec le nombre de changements d'images sur le tube à rayons cathodiques et peut être égale à la fréquence de réseau, par exemple à 50 Hertz,.
La fréquence de séquence d'échos est le nombre d'échos multi- ples, qui sont recueillis, en une seconde, si la séquence des échos multiples était maintenue pendant une seconde et n'était pas interrompue avant que s'écou- le une seconde. Elle dépend de l'épaisseur de paroi des objets à sonder et de la vitesse de propagation du son particulière de la matière constitutive de ces objets et sera désignée ci-après sous l'appellation de "fréquence d'échos" ou "fréquence des échos multiples". Ainsi, une tôle d'acier d'une épaisseur de 10 mm, dans laquelle la vitesse de propagation du son s'élève à 6 km/sec, donne des échos à intervalles de 3,3 # sec, en sorte que l'intervalle individuel correspond à une fréquence d'échos d'environ 300 kilo-hertz.
L'invention est basée sur la fréquence d'échos.
Le procédé suivant l'invention pour mesurer des épaisseurs de parois à l'aide des échos d'impulsions d'ultra-sons se caractérise en ce qu'on mesure la fréquence des échos multiples d'impulsions d'ultra-sons, dont la fréquence de séquence d'impulsions est choisie de manière à présenter une va- . leur tellement faible que les échos multiples d'une impulsion s'évanouissent avant l'émulsion de l'dmpulsion suivante.
<Desc/Clms Page number 3>
La fréquence d'échos est avantageusement mesurée électriquement, les oscillations électriques de fréquence ultra-sonique, provenant de l'écho., étant ordinairement amplifiées. L'amplification peut, par exemple, se faire dans un amplificateur direct fournissant une oscillation de sortie de même fréquence ou dans un amplificateur à changement de fréquence (amplificateur superhétéro- dyne) fournissant une fréquence moyenne, comme oscillation de sortie.
Pour la mesure de la fréquence, les oscillations produites par les échos multiples, c'est-à-dire en cas d'amplification, les oscillations de sortie du démodulateur peuvent être utilisées pour exciter un circuit oscil- lant accordable à la fréquence d'échos ou à une onde harmonique de celle-ci.
Le circuit oscillant consiste ordinairement en une réactance variable, telle qu'un condensateur variable., et en une série de réactances fixes, telles que des bobines d'induction, qui peuvent être connectées indi- viduellement .ou à plusieurs, par l'intermédiaire d'un commutateur, à la réac- tance variable ; de cette manière, un intervalle plus large de fréquences peut être embrassé.
Pour la détermination de la résonance, on peut faire usage de n'importe quel dispositif courant. Ainsi., lorsque l'invention est mise en oeu- vre, selon sa forme d'exécution préférée, sur un dispositif de sondage par écho existant, la résonance peut être déterminée à l'aide du tube à rayons cathodiques du dispositif de sondage par écho à -ultra-sons, qui fournit aussi les impulsions d'ultra-sons, étant donné que leurs déviations augmentent en grandeur dans la mesure où le circuit oscillant est amené en résonance. L'écran du tube à ray- ons cathodique révèle alors, sensiblement l'image habituelle d'un circuit os- cillant, dont les oscillations s'établissent et s'amortissent brusquement et qui peut être amené, en accordant le circuit oscillant, à la déviation maxima.
L'élément d'accord variable du circuit oscillant peut être pour= vu de graduations et d'aiguilles et les graduations peuvent être étalonnées en fonction des fréquences ou en fonction des épaisseurs de parois, pour une ma- tière quelconque déterminée, telle que le fer.
L'épaisseur minima, qui peut être mesurée par le procédé sui- vant l'invention, peut être déterminée par la longueur de l'impulsion à haute fréquence employée, car' les échos multiples doivent être espacés de l'impul- sion et entre eux, de façon à fournir une fréquence de séquence d'échos d'am- plitude mesurée. Pour mesurer de plus petites épaisseurs de paroi, il est, dès lors, plus avantageux d'employer de très courtes impulsions d'ultra-sons et une fréquence d'impulsion élevée. En pratique, il est facile de mesurer l' épaisseur de paroi d'acier présentant, par exemple, une épaisseur de 4 mm.
L'épaisseur de paroi maxima, qui peut être mesurée par le pro- cédé suivant l'invention, dépend notamment de la perte par absorption dans la matière, étant donné que plus l'absorption est grande, plus l'amplitude et le nombre des échos multiples sont faibles et moins l'accord du circuit oscillant à la résonance est précis.
Dans les métaux faiblement absorvants, notamment dans l'acier et les métaux légers, l'absorption est tellement faible qu'elle ne se manifeste pas comme facteur limitatif.Dans ces cas, la limite supérieure de mesure est plutôt déterminée par le poli des surfaces, la forme des sur- faces et leur parallélisme. Toutefois, même dans des conditions défavorables, cette limite est supérieure à 100 mm, c'est-à-dire supérieure aux épaisseurs de paroi auxquelles on s'intéresse en pratique.
Le circuit oscillant est avantageusement réglé jusqu'à ce que sa fréquence corresponde à la fréquence d'échos, parce qu'on obtient alors la déviation maxima.
Pour effectuer un contrôle, l'élément d'accord variable peut être ajusté à la moitié de l'épaisseur de paroi mesurée à l'aide des graduations, en sorte 'qu'il doit se présenter un maximum de résonance moins élevé avec l'harmonique I. On peut, dès lors, aussi exécuter la mesure, de manière tot-à-fait géné- rale et, ,en particulier, pour de grandes épaisseurs-de paroi, à l'aide d'une harmonique de la fréquence d'échos. Lorsque, dans ce cas, l'épaisseur de paroi
<Desc/Clms Page number 4>
est entièrement inconnue, on peut exécuter une mesure de contrôle avec une au- tre harmonique.
La fréquence de séquence d'impulsions doit être tellement fai- ble que les échos multiples cessent de se manifester entre deux impulsions con- sécutives, de façon que les processus d'excitation ne se gênent pas mutuelle- ment.
Au lieu du tube à rayons cathodiques, on peut, pour la mesure de la tension régnant dans le circuit oscillante employer aussi, en liaison avec un redresseur, un instrument à courant continu, par exemple un voltmètre à: courant continu, dont la déviation est amenée à un maximum, en accordant le circuit oscillant.
Au lieu d'un circuit à résonance en paralléle, on peut aussi employer un cir- cuit à résonance en série, auquel cas les dispositifs indicateurs, de résonan- ce doivent être modifiés de manière appropriée.
Un appareil convenant pour exécuter le procédé suivant l'in- vention se caractérise par le fait qu'il constitue un dispositif pour mesurer la fréquence des échos multiples d'impulsions d'ultra-sons.
Dans le cas où la mesure se fait électriquement, l'appareil suivant l'invention comporte avantageusement un dispositif pour démoduler les oscillations. avantageusement amplifiées, résultant des échos multiples. Au démodulateur est, en particulier, connecté un circuit oscillant accordable à la fréquence de sortie du démodulateur.
Pour pouvoir s'adapter aisément à diverses gammes ou intervalles de fréquences,. l'appareil suivant l'invention comporte avantageusement un com- mutateur approprié.
Pour indiquer la résonance, on prévoit un dispositif approprié, qui est avantageusement constitué par un tube à rayons cathodiques.
Il est particulièrement avantageux de partir d'un appareil de sondage par écho à ultra-sons connu en soi et existant et d'associer à cet appareil, sous forme d'un ensemble ou appareil de complément pour la mesure de l'épaisseur de parois, les dispositifs complémentaires permettant d'exécu- ter le procédé suivant l'invention, l'ensemble ou appareil complémentaire en question étants par exemple, raccordé à l'appareil de sondage par écho à l' aide d'une liaison à fiches.
Cet ensemble peut, par exemple, comporter le dispositif pour démoduler les impulsions à haute fréquence et le circuit de résonance accor- dable y associé, auquel cas le tube à rayons cathodiques de l'appareil de sondage par écho sert avantageusement pour indiquer la résonance. L'ensemble en question contient avantageusement aussi le commutateur pour plusieurs gammes de fréquences et l'élément d'accord du circuit de résonance, ainsi que les gra- duations de réglage, sur lesquelles la fréquence et/ou l'épaisseur de paroi peu- vent être lues directement.
Si on le désire., on peut aussi intercaler un ou plusieurs éta- ges d'amplificateur devant ou derrière le circuit oscillant, pour obtenir sur le dispositif indicateur, par exemple le tube à rayons cathodiques, une déviation suffisamment grande .
Le procédé et le dispositif suivant l'invention peuvent subir des modifications dans certains de leurs détails, sans que l'on sorte du cadre de l'invention. Ainsi, aucune limitation n'est imposée à la structure et à l' adaptation aux conditions de mesure en présence.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.