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L'invention se rapporte à un procédé et à un dispo- sitif pour la mesure par les ultra-sons de l'épaisseur de pièces d'ouvrage.
Pour la mesure de l'épaisseur de pièces d'ouvrage, en particulier lorsqu'un de leurs c8tés est inaccessible, on utilise de préférence,le procédé à impulsions ultra- soniques.
'Les dispositifs connus opèrent en émettant périodi- quement, à l'aide d'un transformateur électro-acoustique
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(par exemple d'un transformateur piézoélectrique), des impulsions ultra-soniques courtes dans la partie à mesu- rer. Les ondes ultra-soniques se propagent dans le maté- riau avec une vitesse déterminée, et elles sont réflé- chies plusieurs fois par les défauts intérieurs dans le. matériau de la pièce d'ouvrage, de même que par sa paroi avant et arrière. On peut donc parler de l'impulsion émise et de la première impulsion réfléchie et des sui- vantes.Les impulsions réfléchies sont captées par le même transformateur électro-acoustique ou par un autre, qui les convertit en oscillations électriques.
L'épaisseur de la pièce d'ouvrage mesurée est proportionnelle à l'intervalle de temps entre l'impulsion émise et la première impulsion réfléchie ou respectivement à l'écart dans le temps de deux impulsions réfléchies voisines. La constante de proportionalité correspond à la moitié de la vitesse du son dans le matériel mesuré.
Au moyen de l'écho ultrasonique on peut mesurer pratiquement l'épaisseur de pièces d'ouvrage depuis quelques millimètres jusqu'aux épaisseurs plus élevées; pour ces cas courants, on veille à ce que l'écart de témps de deux impulsions voisines soit de l'ordre de grandeur de 10 à 6 secondes, La mesure de ces courts intervalles de temps se fait de manière diverse dans les dispositifs mentionnés.
Le plus souvent on utilise des dispositifs dans lesquels les intervalles de temps sont mesurés sur l'écran d'un tube à rayons cathodiques, etc. si bien que l'on lit directement la durée de l'intervalle entre deux impulsions ou bien on établit le nombre des impulsions réfléchies
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dans un laps de temps connu. Ces dispositifs requièrent nécessairement pour la détermination du temps ce que l'on appelle une base de temps, laquelle est étalonnée avec des marques de temps de longueur connue; Un autre procédé, simplifié, repose sur le fait qu'à la sortie du récepteur est annexé un circuit oscillant syntonisé dont la fréquence de résonance peut être réglée pour qu'elle corresponde à la fréquence de l'écho multiple.
Les procédés mentionnés de mesure de l'épaisseur par les ultra-sons offrent certains inconvénients. Sans compter la nécessité d'un'dispositif assez coûteux, c'est-à-dire d'un tube à rayons cathodiques, conjointe- ment avec des sources d'alimentation d'un dispositif de base de temps ou encore d'un marqueur de temps pour 1' étalonnage de la base de temps, la lecture de l'inter- valle'entre deux impulsions voisines ou respectivement le nombre des impulsions dans un laps de temps donné, est une opération assez compliquée, qui demande un certain temps. De ce fait'l'exactitude du résultat n'est pas assurée, vu que la base de temps n'est pas complètement linéaire.
Dans l'emploi de la méthode de résonance, le circuit oscillant doit être syntonisé à nouveau pour 1 @ chaque épaisseur à mesurer,ce qui également est compli- qué et demande beaucoup de temps.
Un autre inconvénient de cette méthode est que les échos multiples dans les pièces d'ouvrage à coeffi- cient d'absorption élevé peuvent être notablement amor- tis, ce qui rend peu sûre la mesure;
Un procédé connu de mesure de l'épaisseur d'une pièce d'ouvrage par les ultra-sons'repose sur le fait que l'intervalle de temps entre deux impulsions voi- sines est utilisé non pas directement pour la mesure,
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mais pour émettre un signal (par exemple l'allumage 'd'une lampe à incandescence lorsqu'on franchit une épaisseur de paroi prédéterminée). Dans le cas où l'épaisseur d'une pièce d'ouvrage doit être établie,le dispositif doit être accordé jusqu'à ce que l'émission du signal se produise, en l'occurence l'épaisseur de la pièce d'ouvrage pouvant être lue sur une échelle éta- lonnée.
Ce procédé simple, lequel n'exige ni un tube à rayons cathodiques, ni un dispositif de base de temps avec marqueur de temps, est particulièrement avantageux pour le contrôle continu d'une épaisseur de paroi minimum spécifiée. L'épaisseur de paroi inconnue doit toutefois ici aussi être déterminée par le réglage.
Contrairement au procédé mentionné en dernier lieu, la présente invention apporte un perfectionnement essen- tiel qui est qu'en maintenant la conception simplifiée du procédé employé, l'invention permet une lecture directe.
L'essence de l'invention repose sur. le fait qu'à partir de deux impulsions à la sortie du récepteur, c'est-à-dire l'impulsion d'émission et la première im- pulsion réfléchie, on forme une impulsion rectangulaire unique dont la durée correspond. à l'écart de temps entre les deux impulsions. La surface de cette impulsion rec- tangulaire est donc directement proportionnelle à l'é- paisseur de la paroi mesurée. La valeur moyenne de ces impulsions rectangulaires est transmise à un appareil de mesure à cadre mobile, lequel est étalonné en unités de temps ou encore en unités de longueur ; peut ainsi lire l'épaisseur de la pièce d'ouvrage mesurée.
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Une autre caractéristique essentielle de l'invention est que l'on supprime la seconde impulsion réfléchie et chaque autre impulsion réfléchie suivante dans le disposi- tif indicateur, ce qui fait que l'on exclut ainsi l'influ- ence de l'absorption inégale de diverses matières et éven- tuellement d'autres défauts.
On représente dans les dessins en annexe un exemple de réalisation de l'objet de l'invention.
Dans la figure 1 on montre un diagramme d'ensemble du dispositif selon l'invention. Celui-ci se compose d'élé- ments connus :émetteur 1, transformateur électro-aceous- tique 2, amplificateur contrôlé ("gated amplifier") 4, multivibrateur bistable 5, organe d'intégration 7 et appa- reil de mesure à cadre mobile 8. Au besoin on peut encore adjoindre un autre organe d'intégration 6.
Le dispositif opère comme suit :
A partir de l'émetteur 1 on émet des impulsions élecrriques de haute fréquence, de fréquence séquentielle appropriée dans le transformateur électro-acoustique 2 (par exemple un transformateur au quartz ou au titanate de baryum). Ce transformateur 2 émet dans la pièce d'ou- vrage 3 à examiner des ondes ultra-sonores modulées par impulsions, qui sont réfléchies par la paroi opposée et sont à nouveau captées par le même transformateur 2 (ou un par un autre), étant ainsi reconverties par ce dernier en impulsions électriques.
Ces dernières sont amplifiées par un amplificateur contrôlé (gated amplifier) 4, dont la sensibilité avant l'arrivée de l'impulsion d'émission (V - figure 2a) est notablement réduite par exemple par une tension auxiliaire négative d'une des grilles d'un tube électronique quelconque. Une partie de l'impulsion
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d'émission est conduite de l'émetteur 1 à 1' entrée du multivibrateur bistable 5, lequel est basculé ainsi d'une position de repos en l'autre position ; il commence ainsi à se former à son entrée une impulsion rectangulaire dont l'allure est représentée dans la figure 2b.
Cette impulsion parcourt comme impulsion de con- trôle l'organe d'intégration 6, obtenant ainsi un ac- croissement exponentiel du front, voir figure 2c, et retourne alors dans l'amplificateur, dont la sensibili- té augmente en rapport avec l'allure de son front. Par l'accroissement exponentiel du front de l'impulsion, on empêche l'obstruction de l'amplificateur 4. La tension de crête de l'impulsion d'émission a comme ordre de grandeur 102V, contrairement à la tension de crête de l'impulsion réfléchie qui a comme ordre de grandeur 10-3 à 10-2V. Pour autant que l'on choisisse les constantes de temps des étages indiyiduels de l'amplificateur 4 de façon à ce qu'il n'y ait pas de danger d'obstruction de celui-ci, on peut omettre l'organe d'intégration 6.
La première impulsion réfléchie (I-figure 2a) est renforcée par l'amplificateur à la valeur nécessaire pour l'excitation du multivibfateur bistable 5. Par le bascu- lement de retour du multivibrateur 5 en sa position ini- tiale on obtient l'impulsion rectangulaire qui a ainsi son commencement au moment du débit de l'impulsion d'é- mission et sa fin au moment du début de la première im- pulsion réfléchie. De ce fait on réduit en même temps la sensibilité de l'amplificateur 4 d'après l'allure du sig- nal 0' (figure 2c) ou directement suivant l'allure du signal 0 (figure 2b).
L'amplificateur 4 ne présence par conséquent sa pleine sensibilité que jusqu'à l'arrivée de
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la première impulsion réfléchie I; de ce fait le second signal réfléchi (Il - figure 2a) et les suivants n'ont plus'aucun effet sur le basculement du multivibrateur bistable 5.
Les impulsions rectangulaires issues du multivibra- teur 5 sont intégrées par l'élément 7, obtenant ainsi leur valeur moyenne qui est indiquée par l'instrument à cadre mobile 8. L'indication de l'instrument à cadre mo- bile 8 correspond à l'intervalle de temps entre l'impulsion d'émission et la première impulsion réfléchie ; ellepeut, pour un matériau déterminé, être étalonnée directement en unités de longueur pour la mesure de l'épaisseur.
Dans la figure 2 on représente l'allure des impul- sions à diverses parties du dispositif de même que leur corrélation dans le temps. La figure 2a montre les impul- sions au transformateur électro-acoustique 2 (figure 1).
Les impulsions V et I, inscrites en trait plein, apparais- sent avec un renforcement approprié à la sortie de l'ampli- ficateur 4, tandis que les impulsions en traits disconti- nus II, III, etc. par suite du contrôle de la sensibilité de l'amplificateur 4, sont supprimées.
La figure 2b montre les impulsions rectangulaires 0 à la sortie du multivibrateur bistable 5. Leur valeur moy- enne S à la sortie du circuit d'intégration 7 est représen- tée en traits discontinus. Les impulsions 0' qui empêchent éventuellement l'obstruction de l'amplificateur 4 sont re- présentées dans la figure 2c. Pour lé ,réglage de la sensi- bilité on utilise suivant les besoins les impulsions de contrôle 0 ou 0'.
Le dispositif selon l'invention convient pour la
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mesure d'épaisseurs d'un matériau dans l'intervalle de quelques millimètres à plusieurs décimètres, en particu- lier dans les cas où seule une paroi de la pièce d'ou- vrage est accessible.
Une application importante de l'invention est par exemple la mesure de l'épaisseur de paroi de conduites tubulaires pour substances liquides ou gazeuses pendant . leur service, de paroi de chaudières, etc.
On peut, dans l'examen d'un matériau sans lui occa- sionner de dommages, utiliser l'appareil selon l'invention pour la détermination simple de la profondeur de défauts dans le matériau.
L'invention peut s'étendre aussi de manière adé= quate à des travaux de recherche. On peut par exemple avec elle mesurer facilement la vitesse sonique dans un matériau donné, etc.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de mesure par les ultra-sons de l'épais- seur de pièces d'ouvrage avec emploi du procédé à réfle- xion d'impulsions, caractérisé en ce qu'à partir de l'im- pulsion d'émission (V - figure 2a) et de la première im- pulsion réfléchie (I - figure 2a) on constitue une impul- sion rectangulaire (0 - figure 2b) dont la longueur est. identique à l'écart de temps entre ces deux impulsions (V et I) et dont la valeur moyenne (S - figure 2b) est dans un rapport déterminé avec l'épaisseur de paroi de a pièce essayée.