EP4409272A1 - Dispositif et procede de suivi d' une piece par reflectometrie - Google Patents

Dispositif et procede de suivi d' une piece par reflectometrie

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Publication number
EP4409272A1
EP4409272A1 EP22789608.1A EP22789608A EP4409272A1 EP 4409272 A1 EP4409272 A1 EP 4409272A1 EP 22789608 A EP22789608 A EP 22789608A EP 4409272 A1 EP4409272 A1 EP 4409272A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
waveguide
updated
environment
property
reflected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22789608.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Mickaël BOINET
Vincent Gleize
Cédric PAYAN
Céline SKORA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
Original Assignee
Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS filed Critical Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
Publication of EP4409272A1 publication Critical patent/EP4409272A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/12—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with electromagnetic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for tracking a target part by electrical reflectometry. It also relates to a method of manufacturing such a tracking device and an installation comprising such a tracking device.
  • Reading the temperatures at different locations of a target part makes it possible to check its condition, in particular to detect hot spots corresponding to thermal bridges or to detect the appearance of cracks.
  • thermocouples In environments with temperatures above 100°C, this reading is conventionally carried out by means of thermocouples. However, the implementation of thermocouples is long and does not allow continuous monitoring with a high density of measurement points.
  • temperatures are measured by infrared thermography.
  • infrared thermography is only possible at places that are visually accessible by an infrared camera.
  • thermocouples or infrared thermography does not make it possible to detect changes in the physical state of the part.
  • a second sensor network must therefore be installed for this purpose.
  • An object of the invention is to meet, at least partially, this need.
  • the invention proposes a method for determining a property of an environment in an "updated” situation, said method comprising the following steps: a) introduction, into said environment, of an electromagnetic waveguide comprising, between input and output ends of said waveguide, a measurement part comprising a plurality of discontinuities; then in a reference situation of said environment, b1) at a “reference” instant, injection of an incident signal by said input end; c1) reception of a signal reflected by the waveguide in response to said injection, or
  • step d) comprising the following steps:
  • the reference and updated portions being portions of the reference and updated reflected signals, respectively, delimited by the same measurement window, centered on a time, called “window position”, defined with respect to the start of the reference reflected signals and updated, the maximum of the intercorrelation function, or “maximum correlation”, being obtained for a phase shift called “main phase shift” (in other words, the value of said intercorrelation function, or “correlation”, as a function of time, or “phase shift”, defines a main peak (the highest peak) whose height defines the "maximum correlation", the main peak being centered on the "main phase shift”);
  • An electromagnetic waveguide is a waveguide having the general shape of a transmission line, suitable for measurement by time or frequency electrical reflectometry. It conventionally comprises first and second electrical conductors electrically insulated from each other, preferably spaced apart by a dielectric material, and which extend along the direction of the length of the waveguide.
  • the incident signal is conventionally a variation of potential difference between said electrical conductors.
  • the incident signal is injected at the input end of the waveguide and then propagates as an electromagnetic wave.
  • a variation in electrical impedance causes a partial reflection of this wave.
  • the reflected signal is also a temporal variation of potential difference between electrical conductors.
  • a secondary echo is thus a response of a discontinuity to the incident signal.
  • Secondary noise echoes are secondary echoes with an amplitude less than or equal to 1% of the amplitude of the bottom echo and greater than 0.1% of the amplitude of the bottom echo. They are classically generated by "noise" discontinuities resulting from imperfections in the waveguide, generated in particular during the manufacture of the waveguide.
  • the secondary noise echoes being of low amplitude, they are therefore very quickly attenuated. In many cases, they do not allow precise monitoring of measurement changes, for example when the temperature increases or when the humidity is high.
  • Basic secondary echoes are secondary echoes that have an amplitude greater than 1% and less than 30% of the amplitude of the bottom echo. They are generated by "basic" discontinuities, typically resulting from voluntary modifications made to the waveguide, for example by texturing or adding beads, as described below.
  • the amplitude of the basic secondary echoes can be greater than 2%, 3%, or 5%, or even 10% of the amplitude of the backwall echo reflected by the exit end of the waveguide .
  • step d) makes it possible to detect and identify disturbances or modifications of the environment over the entire length of the measurement part of the waveguide.
  • Clear secondary echoes are secondary echoes with an amplitude greater than or equal to 30% of the amplitude of the backwall echo. They are generally isolated and generated by "sharp" discontinuities, typically resulting from a significant or sudden variation in the structure of the waveguide, for example resulting from an involuntary degradation of the waveguide, for example by cracking. Such clear, local discontinuities do not allow, by analysis of clear secondary echoes, to measure disturbances or modifications of the environment elsewhere than at the locations of the clear discontinuities. They therefore do not make it possible to locate variations in measurement over the entire length of the measurement part.
  • the secondary echoes of noise 33 and base 35 are distinguished in particular from a strong secondary echo 32 (peak isolated from the reflected signal).
  • said property is chosen from:
  • the environment is at least partly constituted by a target part.
  • the environment is at a temperature above 125°C, or at a temperature above 400°C.
  • the environment comprises a refractory material, or even consists of a refractory material.
  • the waveguide is in contact, preferably applied to the target part, preferably fixed, for example glued, to the target part, or embedded in the target part, by example in refractory concrete. It can therefore enter within the target room or remain outside the target room.
  • the waveguide comprises first and second electrical conductors electrically insulated from each other by a dielectric material and, before step a), the waveguide is modified, for example by texturing the outer surface of the waveguide and/or of the dielectric material and/or of at least one of the first and second electrical conductors, for example by abrasion and/or chemical attack, or by irregular segmentation of the dielectric material, for example by threading beads onto one or both electrical conductors, so as to create said discontinuities, preferably base discontinuities.
  • basic discontinuities are randomly distributed at least along the measurement part of the waveguide, or even along the entire length of the waveguide.
  • the random distribution avoids resonance phenomena by interference.
  • the correlation index of the intercorrelation function is preferably the maximum correlation or the principal phase shift of this function, or any function of the maximum correlation and/or of the principal phase shift. However, other correlation indices are possible.
  • step 3 the value of said property and/or said evolution of said value of said property is evaluated by means of a correspondence table establishing a relationship between
  • the cycle of steps 1) to 3) is repeated each time modifying the position of the measurement window, preferably keeping the same duration for the measurement window, preferably so as to scan at least the entire measuring part of the waveguide in contact with said environment.
  • the correlation index may in particular be the maximum correlation.
  • first and second cycles of steps 1) to 2) are carried out with first and second positions of the measurement window, respectively, preferably while maintaining the same duration for the measurement window, so as to determine first and second correlation indices, in particular first and second maximum correlations or first and second normalized phase shifts, defined below, respectively, then, in step 3) , a difference is determined between the first and second correlation indices, or a function of said difference, for example a gradient of said correlation index between the first and second positions of the measurement window, in particular a gradient for the normalized phase shift, then, from said difference or from said function of said difference, the value of said property in the updated situation and/or the evolution of said value of said property is determined.
  • said second cycle is repeated each time modifying the position of the second measurement window, preferably keeping the same duration for the measurement window, preferably so as to scan at least the entire measurement part of the guide waves in contact with said environment.
  • the correlation index is a function of the ratio between the main phase shift and the position of the measurement window, on which the measurement window is centered.
  • the correlation index is preferably the ratio of the main phase shift to the position of the measurement window, or a derivative of said ratio.
  • this normalization advantageously makes it possible to determine information on the temperature upstream of the measurement window, without a calibration step.
  • steps 1) and 2) are implemented for several successive positions of the measurement window so as to search for a portion of the reflected and reference signals in which said ratio, or “normalized phase shift”, changes with the position of the measurement window. It is thus possible to deduce therefrom, in step 4), the existence of a temperature difference between the reference situation and the updated situation in a region of the waveguide corresponding to said portion. This difference can be measured by means of a correspondence table, defined experimentally, associating changes in normalized phase shifts and temperature differences between the reference situation and the updated situation.
  • the correlation index is the derivative of the phase shift normalized with respect to the position of the measurement window, or, equivalently, a gradient of this phase shift normalized with respect to the position along the guide d waves. The derivative has the advantage of immediately providing information on the local evolution of the property between the reference situation and the updated situation in the region which corresponds to the position of the measurement window.
  • no position of the measurement window is less than one meter, preferably less than 5 meters from the input end of the waveguide.
  • the measurement part of the waveguide is thus preceded by a "dead" part, which improves the precision of the measurements, in particular made from the standardized phase shift.
  • said property is a temperature or a humidity of the environment, and is determined, for example by means of a correspondence table, as a function, preferably exclusively as a function, of the main phase shift or of a as a function of the main phase shift, preferably as a function of the ratio of the main phase shift to the position of the measurement window.
  • said property relates to a physical state of the environment, for example to the presence of cracks or to delamination, acts on the shape of the waveguide and is determined, for example by means of a correspondence table, as a function, preferably exclusively as a function, of the maximum correlation.
  • said property acts on the distance between said first and second electrical conductors and/or on the arrangement of dielectric beads arranged along the waveguide.
  • more than 80%, more than 90%, more than 95%, or even substantially 100% of the reference and updated portions represent secondary noise echoes.
  • This embodiment is not preferred, the secondary noise echoes being very quickly attenuated and not allowing precise monitoring of large temperature changes.
  • the use of basic secondary echoes is preferred.
  • the succession of secondary noise and/or base echoes preferably produces a temporal or frequency variation of potential which is aperiodic or irregular.
  • the aperiodic variations of these echoes are generally considered detrimental. They are, however, useful for evaluating the property of an environment at multiple points: Indeed, these echoes do not significantly impede the propagation of the incident signal. It is thus advantageously possible to multiply the measurement points all along the waveguide in order to collect a multitude of useful information on the environment.
  • At least part of the echoes of the reference and updated portions have an amplitude greater than 1% and less than 30% of the amplitude of the bottom echo reflected by the output end of the waveguide.
  • the reliability of the measurement is advantageously greater than that resulting from an analysis of the secondary noise echoes.
  • Basic secondary echoes typically result from basic discontinuities intentionally added to the waveguide. It is therefore advantageously possible to select particular regions in which the basic secondary echoes are added. By marking these regions, for example by coloring them in a specific way, it is thus possible to identify them easily. Mounting the waveguide in its environment is simplified.
  • the base discontinuities are added exclusively in one or more regions of the waveguide, but not over the entire length of the waveguide.
  • the regions of the waveguide which are not used for the measurement may not include basic discontinuities, which limits the attenuation of the incident signal traversing the waveguide.
  • such a distribution of basic discontinuities allows longer lengths for the waveguide.
  • the measurement window and its position are determined so that more than 80%, more than 90%, more than 95%, or even substantially 100% of the reference and updated portions represent secondary echoes whose amplitude is greater than 1%, 2%, 3%, 5% or even 10% and/or less than 30% of the amplitude of the backwall echo reflected from the output end of the waveguide.
  • the base portion and the updated portion preferably consist, for more than 80%, more 90%, more than 95%, or even substantially 100% of their lengths, of said secondary echoes.
  • more than 80%, more than 90%, more than 95%, or even substantially 100% of said secondary echoes are generated by discontinuities resulting
  • the dielectric tabs are beads which are threaded end to end along the waveguide so as to together form a segmented protective sheath.
  • the measurement window and the position of the measurement window are determined so that the secondary echoes of the reference and updated portions, preferably at least the basic secondary echoes of the reference portions and updated, have amplitudes and/or shapes that vary randomly and/or in such a way that said echoes are randomly distributed in the measurement window, that is to say in the reference and updated portions.
  • the risk of error is advantageously limited during the analysis of the reference and updated portions.
  • a measurement window is determined so that the ratio of the average amplitude of the secondary noise and base echoes of the reference and updated portions in the measurement window, to the amplitude of the background echo, i.e. greater than 2%, 3%, 5%, or even 10%.
  • the ratio of the average amplitude of the secondary noise and basic echoes of the reference and updated portions to the amplitude of the background echo is less than 50%, preferably less than 40%, preferably less 30% or even less than 20%. Such a ratio is favorable to the sensitivity of the measurement.
  • more than 80%, more than 90%, more than 95%, or even substantially 100% of the reference and updated portions represent secondary noise echoes.
  • more than 80%, more than 90%, more than 95%, or even substantially 100% of the reference and updated portions represent basic secondary echoes.
  • the succession of secondary noise and/or base echoes preferably produces a temporal or frequency variation of potential which is aperiodic or irregular.
  • the aperiodic variations of these echoes are generally considered detrimental and it is the merit of the inventors to have discovered that these variations can be useful for evaluating the property of an environment at multiple points: Indeed, these echoes do not hinder substantially not the propagation of the incident signal. It is thus advantageously possible to multiply the measurement points all along the waveguide in order to collect a multitude of useful information on the environment.
  • the waveguide is configured to
  • - highly oxidizing for example an atmosphere containing a halogen, for example fluorine and/or chlorine, and/or an alkali, for example more than 1% of said halogen and/or said alkali, or
  • the waveguide is free of material having a melting temperature below 500°C, 400°C, 300°C, 200°C or 100°C, preferably free of material having a melting temperature lower than environment temperature.
  • the waveguide does not comprise a polymer.
  • said environment in the updated situation and/or in the reference situation, is at a temperature greater than 125°C, or even greater than 300°C, and the waveguide is configured so as not to not melt, even partially, at ambient temperature.
  • the waveguide is not a coaxial cable.
  • the waveguide comprises first and second electrical conductors in the form of parallel cables, electrically insulated from each other by a dielectric material, preferably by means of spacers, for example beads.
  • step 2) the maximum correlation is determined and, in step 3), a modification of the environment of the waveguide or a deformation of the waveguide is determined , in the region corresponding to the measurement window, as a function of the maximum correlation.
  • the maximum correlation has the advantage of providing information on the evolution of the shape of the waveguide and/or the property of the environment around the waveguide, between the reference situation and the updated situation in the region which corresponds to the position of the measurement window. To locate the deformation or the change in the property of the environment, it is therefore not necessary to scan the waveguide, i.e. to implement steps 1) and 2) for a succession of positions of the measurement window.
  • the detection and the evaluation of a deformation of the waveguide advantageously make it possible to detect and evaluate the appearance of cracks, or more generally, of a deformation of the environment.
  • the maximum correlation can be used to assess a change in the waveguide environment, even when the waveguide is not deforming.
  • the tabs or the waveguide sheath are made of a material with a coefficient of thermal expansion close to 0, for example cordierite, in an environment in which the temperature varies significantly.
  • the waveguide comprises two electrically non-coaxial conductive cables, preferably metallic, preferably separated by a dielectric material.
  • the absence of coaxiality facilitates the management of the basic discontinuities, in particular for the arrangement and the geometry of a dielectric material.
  • the cables are parallel.
  • Each cable can consist of a single wire or several wires, for example braided.
  • the waveguide comprises two electrically conductive cables, preferably non-coaxial, preferably metallic, preferably separated by a dielectric material, the spacing between said cables being locally variable, along the length of the waveguide, so as to define discontinuities, preferably base discontinuities, preferably randomly.
  • the waveguide comprises more than two said conductors, preferably three, four, five or six conductors extending in parallel, preferably in the form of wires,
  • the first part of the conductors consists of a "central" conductor and the second part of the conductors consists of several "lateral" conductors, preferably more than two, more than three, more than four or more than five and / or less than 50 side conductors, extending along the central conductor, the side conductors preferably being equiangularly distributed around the central conductor.
  • the field lines can thus be concentrated close to the central conductor, which makes it possible to concentrate the measurement close to the central conductor.
  • the invention also relates to a device for tracking, by time or frequency electrical reflectometry, a target part or an assembly of target parts, said device comprising:
  • an electromagnetic waveguide comprising, between input and output ends of said waveguide, a measurement part comprising a plurality of discontinuities, that is to say local modifications capable of partially reflecting a signal circulating in the waveguide, in the form of a secondary echo;
  • an interrogator electrically connected to the input end of the waveguide and preferably configured so as to implement steps b1), b2), c1), c2), d), and preferably e), of a determination method according to the invention.
  • the electromagnetic waveguide preferably has one or more of the characteristics described above for the various main aspects.
  • the measurement part includes a plurality of discontinuities, called “base discontinuities”, capable of generating base secondary echoes.
  • the basic discontinuities are preferably distributed, preferably randomly, at least along the measurement part of the waveguide, preferably over the entire length of the measurement part.
  • the measurement part can extend over the whole length or only part of the length of the waveguide. In particular, it may extend over less than 90%, less than 80%, less than 70%, less than 60%, and/or more than 10% of the length of the waveguide.
  • the waveguide has base discontinuities only in one or more "base” regions of the waveguide, but not over the entire length of the waveguide.
  • the cumulative length of the base regions is preferably more than 10%, preferably more than 20%, preferably more than 40%, preferably more than 50%, and/or less than 90%, less than 80% or less 70% of the waveguide length.
  • the waveguide is marked so as to identify the measurement part or the base region(s).
  • it bears one or more marks allowing a operator to identify the measurement part or these base regions by simple visual observation of the waveguide.
  • the waveguide comprises
  • first and second electrical conductors preferably in the form of cables, which extend along the direction of the length of the waveguide, and
  • the peg(s) are preferably placed less than 1 mm from the first and/or the second electrical conductor, preferably in contact with the first electrical conductor and/or the second electrical conductor.
  • the tab(s) are preferably spacers, or "spacers”, made of a dielectric material, arranged so as to hold the first electrical conductor at a distance from the second electrical conductor.
  • the peg(s) are beads, preferably of generally cylindrical shape, preferably of circular base, threaded onto the first electrical conductor and/or onto the second electrical conductor.
  • the tab(s) are movable relative to the first electrical conductor and/or to the second electrical conductor.
  • the waveguide includes a protective sheath for the first and second electrical conductors.
  • the protective sheath is segmented, preferably consisting of several cleats placed end to end. It can for example result from stringing a multitude of beads.
  • the cleat(s) are made of a thermally and electrically insulating material.
  • the thermally insulating material preferably has a thermal conductivity of less than 30 W/m.K, less than 20 W/m.K, less than 10 W/m.K, or even less than 5 W/m.K, at a temperature of between 20 and 1000°C.
  • the tab(s) have a melting point greater than 300° C., greater than 500° C., or greater than 1000° C., and preferably are made of a material chosen from mica, mica derivatives, titanium , barium, mullite, cordierite and alumina.
  • the discontinuities are obtained by texturing, random or not, of the dielectric material or of at least one of the electrical conductors, for example by abrasion and/or chemical attack, or by irregular segmentation of the dielectric material.
  • the discontinuities generated by the texturing generate more than 80% of said basic secondary echoes.
  • the waveguide comprises two electrically non-coaxial conductive cables.
  • the waveguide satisfies the Rayleigh scattering condition.
  • said basic discontinuities are separated from each other by a distance, measured along the waveguide, at least 20 times less than the wavelength equal to the propagation speed of the incident signal divided by the frequency of the highest peak of the frequency spectrum of the incident signal.
  • the interrogator is configured so as to implement said steps b1), b2), c1), and c2), a step d') and preferably a said step e), following: bl) at a time "reference", injection of an incident signal by said input end; c1) reception of a signal reflected by the waveguide in response to said injection, or “reference reflected signal”; b2) at an “updated” instant, injection, via said input end, of an incident signal identical to that injected in step b1); c2) reception of a signal reflected by the waveguide in response to said injection, or "updated reflected signal”; d') analysis of the reference and updated reflected signals so as to determine said property of said environment in the updated situation; e) transmission of a message relating to said property or to a change in said property compared to a situation prior to the updated time.
  • Step d') is preferably a step d), but is not limited to a step d).
  • Step d') preferably includes one or more of the preferred features of step d).
  • step d') comprises the following steps of step d):
  • the reference and updated portions being portions of the reference and updated reflected signals, respectively, delimited by the same measurement window, centered on a time, called “window position”, defined with respect to the start of the reference reflected signals and updated, the maximum of the intercorrelation function, or “maximum correlation”, being obtained for a phase shift called “main phase shift”;
  • step d') then comprises the following preferred characteristics:
  • the measurement window and the position of the measurement window are determined so that more than 80% of the reference portion and more than 80% of the updated portion represent said basic secondary echoes;
  • the measurement window and the position of the measurement window are determined so that the basic secondary echoes of the reference and updated portions have randomly variable amplitudes and/or shapes;
  • the measurement window and the position of the measurement window are determined so that the basic secondary echoes of the reference and updated portions are randomly distributed in the measurement window;
  • the correlation index is preferably a function of the ratio of the main phase shift to the position of the measurement window
  • the interrogator is configured to implement steps 1) and 2) for several positions of the successive measurement window so as to search for a portion of the reflected and reference signals in which said ratio evolves with the position of the measurement window measure ;
  • - no position of the measurement window is less than 5 meters from the input end of the waveguide
  • step 3 the value of said property and/or said evolution of said value of said property is determined by means of a correspondence table establishing a relationship between
  • first and second cycles of steps 1) to 2) are carried out with first and second positions of the measurement window, respectively, so as to determine first and second correlation indices, respectively, then, at the step 3), determining a difference between the first and second correlation indices, or a function of said difference, then determining, from said difference or said function of said difference, the value of said property in the updated situation and/or the evolution of said value of said property;
  • the duration of the measurement window is greater than a reference period and less than 6 reference periods, the reference period being the period corresponding to the frequency of the highest peak of the frequency spectrum of the reference reflected signal.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a tracking device according to the invention, method in which said waveguide is manufactured
  • first and second electrical conductors preferably metal cables
  • discontinuities are preferably basic discontinuities.
  • the impedance is modified locally:
  • the impedance is locally modified by threading beads, identical or different, preferably different, of a dielectric material onto the first conductor and/or the second conductor, preferably until a protective sheath is formed. segmented.
  • the part or parts of the waveguide in which said discontinuities have been created, or the measurement part are marked, for example by coating them externally with a specific color, so as to allow localization along the waveguide. waves by visual observation of said waveguide. The installation of the waveguide in its service position is facilitated. In addition, it is no longer necessary to have the backwall echo to determine the position of the discontinuities along the waveguide. Finally, the risk of erroneous localization of the discontinuities in the event of displacement of the backwall echo, for example due to a sectioning of the waveguide or a short-circuit, is advantageously eliminated.
  • the invention also relates to an installation comprising:
  • a target consisting of a target part or an assembly of target parts, on which, or in which the measuring part of the waveguide is arranged, preferably fixed, in a so-called “service” position.
  • the tracking device is used to detect a change in the shape of the target, for example resulting from the appearance of a crack or delamination.
  • the waveguide is then fixed so as to be deformed under the effect of the modification of the shape of the target.
  • the waveguide comprises said first and second electrical conductors which extend along the direction of the length of the waveguide and are fixed on first and second parts of the target, respectively, for example on first and second adjacent target pieces. The monitoring of the maximum correlation then makes it possible to detect a separation between these first and second parts of the target.
  • Waveguide deformation can also result from a change in the position of one or more dielectric spacers along the waveguide.
  • one or more dielectric spacers can be movably mounted, for example in translation, on one or more of the first and second electrical conductors.
  • the waveguide can then be assembled to the target in such a way that said deformation of the waveguide modifies the position of the dielectric spacer(s) on the waveguide.
  • a spacer can be fixed on the first part of the target and the electrical conductors can be fixed on the second part of the target.
  • said target part is a part preferably made of a ceramic material or a cermet, preferably chosen from the group consisting of:
  • a gasifier in particular a coal gasifier, a petroleum coke gasifier, a biomass gasifier,
  • a part or a coating layer of a reformer in particular a methane reformer, a secondary reformer,
  • a piece of molten metal or glass casting accessory such as a plunger or a washer, a nozzle or a slide plate, a tundish (or “tundish” in English), or a channel (in English “taphole runner”) or a trench cover (“trough cover”),
  • a part of a glass furnace preferably chosen from the group formed by a throat block or lintel, a tank block, a brick or a wall or side block, a corner or angle block, a brick with a nose, a block or a hearth slab, a brick or a vault bed base, a brick or a block around a nozzle, a hole or launder brick, an electrode holder block, a nozzle piece glass furnace refractory, an injector block, a glass furnace throat,
  • a part of a metallurgical furnace preferably chosen from the group formed by a vessel block, a brick or a wall or side block, a corner or angle block, a block or a floor slab, a brick or an arch base, a brick or a block around a tuyere, a brick of a hole or a tap channel, an electrode holder block, a taphole block, a burner block, a block or a tube of muffle furnace, a thermocouple protective tube, an immersion heater tube, a molten metal transport tube,
  • a heat recovery tube in particular a radiant tube
  • the target part is an oven part.
  • Figure 1 schematically shows an example of a tracking device according to the invention, in a service position
  • Figure 2 shows an example of a reflected signal
  • Figure 3 schematically illustrates an analysis of a reflected signal to assess a property of the environment
  • Figure 4 shows correlation functions obtained with the reflected signal shown in Figure 3, for different positions of the measurement window;
  • Figure 5 represents the variation of a correlation index when the measurement window traverses the reflected signal
  • Figure 6 represents the variation of another correlation index when the measurement window traverses the reflected signal
  • Figure 7 illustrates different possible embodiments for a waveguide comprising beads
  • figure 8 illustrates different possible embodiments for the waveguide. Identical references are used to designate identical or similar members.
  • a texturing consists in creating on a surface microreliefs of a height preferably greater than a tenth or a hundredth of the external diameter of the waveguide, or of the diameter of an electrical conductor of the waveguide.
  • the microreliefs preferably have a height greater than 0.05 mm, preferably greater than 0.1 mm, preferably greater than 0.2 mm, preferably greater than 0.2 mm, preferably greater than 0.5 mm, or even greater than 0.8 mm, and/or less than 3 mm, less than 2 mm or less than 1 mm.
  • a region of the waveguide "matches" a portion of a reflected signal when it is the origin of the portion of the reflected signal, i.e. it has reflected the incident signal to generate the portion of the reflected signal.
  • Equivalent diameter of a waveguide or waveguide conductor is the diameter of a disc having the same area as the cross section of the waveguide or waveguide conductor , respectively.
  • a transverse plane is a plane perpendicular to the length direction.
  • the "measurement window” is an interval on the time axis of a graph representing the reflected and reference signals simultaneously, the beginning of these signals being time 0 (to) on this axis (see figure 3).
  • the measurement window has a duration and a position. This position is defined, on the time axis, by the position of the middle of the window with respect to the start of the reflected signals.
  • a radiant tube is a tube, conventionally U-shaped or even W-shaped, which surrounds a gas burner used to anneal steel plates.
  • a radiant tube concentrates the combustion gases and captures the heat emitted by the burner in order to return it to the chamber of the annealing furnace.
  • the thermal stresses are extremely high and the control of the thermal gradients makes a device according to the invention particularly useful.
  • a radiant tube may in particular comprise a ceramic material such as SiC, which allows it to withstand such gradients and to be efficient due to its high thermal conductivity.
  • the means are arithmetic means.
  • “Local” or “locally” are used to qualify a characteristic or an action which relates only to a fraction of the waveguide, for example on a fraction of a length less than 5 cm, 1 cm or 1 mm. On this fraction, this characteristic or this action are constant.
  • ceramic material conventionally means a material that is neither metallic nor organic.
  • a glass of oxides and carbon in different forms, crystallized or not are considered ceramic materials.
  • the invention uses the well-known principles of time or frequency electrical reflectometry (“electrical time domain reflectometry” or “electrical frequency domain reflectometry” respectively, or “E-TDR” or “E-FDR”, respectively).
  • a transmitter emits an incident signal, in the form of a pulse, into the electrically conductive medium.
  • the latter sends back a reflected signal, which is then analyzed in order to deduce information about the conductive medium.
  • the conductive medium may in particular be an electromagnetic waveguide.
  • an impedance discontinuity for example a significant physico-chemical variation in the medium leading to a local impedance variation, part of the incident signal is reflected towards the transmitter, which makes it possible to identify and analyze this change.
  • the analysis of the reflected signal is hampered by the presence of noise, the objective being to compare the reflected signal with the emitted signal.
  • the invention is intended for monitoring a property of an environment.
  • the invention is not limited to monitoring a particular environment.
  • an electromagnetic waveguide advantageously allows monitoring of an environment at a high temperature, for example at more than 100° C., more than 125° C., more than 200° C. or more than 300° C. .
  • a metal waveguide sheathed with a polymer sheath allows for example tracking in an environment up to 300°C.
  • the environment is defined, partially or totally, by the material of a target part or an assembly of target parts.
  • the environment to be monitored may consist of the target part or said assembly if the measurement part is housed inside the target part or said assembly. Alternatively, it may also include another room or a gaseous environment, such as ambient air.
  • the waveguide is arranged in such a way that the variation in impedance generated by the discontinuities results mainly, or even substantially exclusively, from a modification of the property in the part of the target part in contact with the waveguide. .
  • the environment is bounded by a virtual envelope that extends less than 200 cm, less than 100 cm, less than 50 cm, less than 30 cm, less than 20 cm, less than 10 cm or less than 5 cm from the waveguide.
  • the waveguide environment 12 consists of the target part 22 and surrounding air.
  • the measured property is preferably selected from temperature, humidity, chemical composition, and environmental pressure.
  • the property may relate to the physical state of the target part, for example relating to the presence of structural damage, for example spalling, an internal crack, or a change in a phase of the material constituting the target part or of an assembly comprising several target parts, for example due to an infiltration or a corrosive attack.
  • the environment can be solid, liquid or gaseous.
  • the waveguide 12 (FIG. 1) has the shape of a transmission line, for example the general shape of a strip or a cable, which extends from an input end 12e to a output end 12s. It involves :
  • a measurement part 14 which comprises the discontinuities used for the measurement, that is to say in the environment of which one seeks to follow a property
  • a transmission part 16 which is used to connect the measuring part 14 to an interrogator 18.
  • the length of the waveguide, and preferably of the measuring part is preferably greater than 1 m, preferably greater than 2 m, preferably greater than 5 m, preferably greater than 10 m, greater than 15 m , greater than 20 m, and/or less than 200 m, or even less than 100 m, preferably less than 50 m.
  • each conductor Preferably one conductor, preferably each conductor, or even the waveguide
  • a conductor or a waveguide in the form of a strip has a thickness of less than 10 millimeters, less than 5 mm, and/or preferably greater than 1 mm.
  • the waveguide comprises first and second electrical conductors, 12i and 122 respectively, for example in the form of a cable comprising one or more wires, a cable assembly or a strip.
  • Each conductor includes:
  • the output ends are not electrically connected to each other, so the conductors do not form an electrical circuit, as in a resistive measuring device, in which either direct or alternating current flows.
  • the material of the conductors is preferably a conductive metal such as Al, Cu or a steel or a metal alloy. It can also be a ceramic or a cermet. In particular, for application in high temperature environment, the conductors can be
  • inconel for example alloys 625 and 690, usable up to 1100°C,
  • FeCr-type Kanthal for example KANTHAL APM, usable up to 1425 °C,
  • a conductor made of a metal coated with conductive refractory oxide of SnCU or Spinel CnOs-MgO or perovskite or metalloid or metal carbide may be suitable for very high temperatures.
  • the waveguide and/or each conductor can be inserted into a protective sheath, possibly segmented, in order to protect the conductors from heat and/or corrosion and/or chemical attack.
  • the protective sheath may in particular be made of polymer (for example PET or PE), or of ceramic, in particular alumina, in particular for an environment at a temperature above 400° C.
  • the protective sheath is preferably made of a material having a coefficient of thermal expansion substantially identical to that of the material of the conductors.
  • the coefficient of thermal expansion of the waveguide preferably at least of the measurement part, is substantially identical to that of the target (+/-20%, preferably +/-10%).
  • the waveguide, and in particular at least the measurement part can also be fixed on a support 20, for example a plate, itself in contact with the target part 22.
  • the support is preferably at least partly in a material consisting of fibers linked together by a ceramic matrix, called “ceramic matrix composite”.
  • the fibers and the ceramic matrix will be chosen according to the environment where the ceramic matrix composite must be placed, in particular according to the conditions of temperature, corrosion, thermal cycling, expansion, and according to the nature of the target part to be lined. .
  • the arrangement of the fibers is chosen according to the shape desired for the ceramic matrix composite, and the ease of fixing or inserting the conductors therein.
  • a stack of woven fabrics or layers of fibers is well suited for simple plates
  • filament winding is well suited for plates having a geometry of revolution
  • filament placement is well suited for complex shapes of large dimensions.
  • the electrical resistivity of the conductors is preferably less than 10 micro-ohm. m in the environmental temperature range, preferably between 20 and 1000°C.
  • each conductor is formed by a cable formed by one or more wires.
  • the two cables are non-coaxial and kept away from each other by a dielectric insulator, preferably having an electrical resistivity greater than 10, 50, 100 or 1000 times that of the conductors.
  • the waveguide is formed of a coaxial cable, for example of the BNC type, comprising an internal wire or sleeve forming the first conductor and an external sleeve forming the second conductor, the two sleeves being separated by an electrically insulating intermediate sleeve.
  • a coaxial cable for example of the BNC type
  • the two sleeves being separated by an electrically insulating intermediate sleeve.
  • discontinuities 24 by modifying the surface condition of the insulating sleeve, for example by creating roughness.
  • Another route consists in creating random discontinuities on the outer sleeve, for example by abrasion (without stopping electrical conduction within the outer sleeve).
  • a dielectric insulator 25 for example made of mica or a derivative of mica, titanium, barium, mullite , cordierite or alumina.
  • the dielectric insulator can be in one piece or consist of an assembly of several dielectric tabs.
  • the dielectric tabs are interposed between the conductors, the tabs preferably having the form of beads threaded onto at least one of the conductors, preferably onto both conductors.
  • the dielectric tabs can have identical or different shapes and/or dimensions and/or be made of identical or different materials. Even though the dielectric tabs appear identical, no tab is completely identical to another. It is thus possible to create discontinuities 24, and in particular base discontinuities, randomly.
  • discontinuities 24 by modifying the surface condition of the dielectric insulator 25 (texturing), for example by creating roughness.
  • Another way consists in creating random discontinuities on the dielectric insulator 25, for example by abrasion.
  • the predetermined distance between the two electrical conductors is preferably substantially constant.
  • the two conductors are preferably parallel except, possibly, in the areas of the discontinuities. Local parallelism defects can be provided to create discontinuities, and in particular basic discontinuities.
  • the dielectric tabs, and in particular the beads can have a length, measured along the length of the waveguide, greater than 10 mm, 15 mm or 20 mm and/or less than 100 mm or 50 mm.
  • the waveguide preferably satisfies the Rayleigh scattering condition so that the regions that have reflected the basic secondary echoes can be easily located.
  • the base discontinuities 24 are separated from each other by a distance, measured along the waveguide, at least 20 times, preferably at least 15 times, preferably at least 10 times less than the length reference wave, equal to the propagation speed of the incident signal, approximately 200,000 km/s for an electromagnetic wave, divided by the frequency of the highest peak of the frequency spectrum of the incident signal.
  • cleats or beads with a length of less than 3 cm, preferably less than 2 cm or 1 cm are well suited.
  • alumina beads less than 10 mm long and strung on platinum wires produce secondary echoes of too low amplitude, while beads longer than 100 mm produce strong secondary echoes.
  • This distance can be defined in particular by the length of dielectric pads, in particular beads threaded on the waveguide.
  • the frequency of the incident signal is conventionally adapted to the length of the measurement part.
  • the wavelength of the incident signal is typically less than the length of the measurement part of the waveguide.
  • the ratio of the wavelength of the incident signal to the length of the measurement part of the waveguide is preferably between 0.1 and 0.9, preferably between 0.1 and 0.5, preferably between 0.1 and 0.3.
  • the length of the measurement part of the waveguide is not a multiple of the wavelength of the incident signal in order to avoid resonance problems.
  • the frequency of the incident signal can be 1 GHz (corresponding to a wavelength of approximately 20 cm) for a length of the measurement part of the waveguide comprised between 10 and 15 m, for a measurement at 600°C or more.
  • the length of the pegs is then preferably adapted, as a function of the frequency of the incident reference signal, so as to respect the Rayleigh scattering condition.
  • the dielectric tabs, and in particular the beads preferably have a width, that is to say a greater dimension in a plane transverse to the direction of their length, greater than 1 mm, 2 mm or 3 mm and/ or less than 10 mm or 5 mm.
  • Figure 7 illustrates different possible embodiments for the waveguide. In particular, it illustrates embodiments in which:
  • - Beads 23 are strung on only one of the first and second conductors (7E) or on the two first and second conductors (7A-7D);
  • - beads 23 are threaded to form a protective sheath 27 segmented (7A, 7C-7E) or not (7B), on the two first and second conductors (7A-7D), for one (7E) or for both conductors ;
  • the beads also facilitate the identification of regions generating basal secondary echoes, and therefore serve as identification marks.
  • a “discontinuity” is a part of the waveguide capable of returning a specific echo in response to an incident signal, preferably in the form of a small variation in electrical potential. This echo is modified when the impedance of the discontinuity varies, in particular when it is subjected to a modification of the property of its local environment (i.e. in the region of the discontinuity).
  • the discontinuity may in particular result from a local variation of the structure and/or of the composition of the waveguide, and in particular of one of the conductors of the waveguide, and/or of an insulator placed between said drivers.
  • the impedance of a discontinuity can in particular be modified when the shape and/or the local temperature of the waveguide, and/or the nature of the local environment, i.e. around the discontinuity is/are modified. If only one of the discontinuity modification factors is modified, for example the local temperature, there is consequently a link between the impedance, and therefore the echo, and the value of this factor.
  • the invention proposes an efficient and reliable way to establish a link between an echo and this factor.
  • the discontinuities 24 can be obtained by modification of the surface and/or of the constituent material of one or both conductors and/or of the dielectric insulator, for example by surface modification by abrasion, by chemical attack, by addition of a dopant in the material.
  • the number of discontinuities, in particular base discontinuities, per meter of waveguide is preferably greater than 10, greater than 20, greater than 30, greater than 40 or greater than 50, and/or less than 10,000, less to 1000, less than 500, less than 100.
  • the distance between any two discontinuities 24, in particular any two basic discontinuities, successive along the waveguide 12 is less than 1/100 of the wavelength of the incident signal (equal to the speed propagation of the incident signal, approximately 200,000 km/s for an electromagnetic wave, divided by the frequency of the highest peak of the frequency spectrum of the incident signal.
  • This distance is preferably greater than 10 mm, 15 mm or 20 mm and/or less than 100 mm or 50 mm.
  • the sensitivity of the information provided by the interrogator is advantageously improved.
  • discontinuities returning a weak variation of electric potential makes it possible to avoid having to create strong discontinuities, likely to strongly dampen the incident signal, and thus to prevent tracking over the entire length of the waveguide.
  • more than 50%, preferably more than 80%, preferably more than 90% of the discontinuities return basic secondary echoes and/or noise, preferably basic secondary echoes.
  • discontinuities are added randomly in the waveguide.
  • the discontinuities are variable, ie they do not all return the same echo when they receive the same incident signal.
  • the variation of the discontinuities, in particular of base discontinuities is random.
  • the discontinuities are not distributed regularly along the waveguide.
  • the discontinuities, in particular base discontinuities are randomly distributed along the waveguide.
  • the random nature of the distribution or the intensity of the discontinuities advantageously avoids the risk of creating an accumulation of secondary echoes of the same period, liable to strongly dampen the incident signal.
  • the measurement portion of the waveguide may extend substantially parallel to the outer surface of a target, i.e. of a target part or an assembly of target parts, and/or substantially perpendicular to said outer surface, the measuring part penetrating inside the target.
  • the target is equipped with several measurement parts, preferably parallel to each other, so that the density of discontinuities, preferably the basic density of discontinuities, on the equipped surface is greater than 3, preferably greater than to 10, preferably greater than 50, preferably greater than 100, preferably greater than 1000, preferably greater than 2000 discontinuities and/or less than 1,000,000, preferably less than 1,000,000, preferably less than 500,000 , preferably less than 100,000, preferably less than 10,000, preferably less than 5,000, per m 2 of surface.
  • step d) The reliability of the analysis in step d) is thereby improved.
  • the measurement parts form a sheet extending along a curved or flat surface, preferably flat, each corresponding waveguide being preferably connected to an interrogator which is specific to it.
  • the measuring device may comprise 1, more than 2, preferably more than 3, preferably more than 5 said layers, said layers preferably being parallel to each other and preferably regularly spaced from each other in a direction perpendicular to a surface of the assembly, the distance between two successive plies preferably being less than 10 cm, 5 cm, or 2 cm.
  • the input ends of the waveguide electrical conductors are electrically connected to the interrogator 18, or "reflectometer".
  • the interrogator is configured for:
  • the interrogator 18 conventionally comprises a transmitter/receiver 26 and a control module 28 (FIG. 1).
  • the control module 28 conventionally comprises a processor and a memory in which a computer program is loaded. Thanks to this computer program, the processor can control the emission of incident signals and analyze the reflected signals received in order to identify the echoes returned by the discontinuities.
  • the interrogator can for example be a voltage generator coupled to an oscilloscope allowing the reception and analysis of the reflected signals.
  • the interrogator can be a network analyzer equipped with software such as "VNA software" for the generation of the incident signal and the analysis of the reflected signal.
  • a method according to the invention comprises steps a) to d).
  • step a an electromagnetic waveguide 12 is introduced into the environment which it is desired to monitor.
  • the waveguide, and in particular the measurement part, can be immobilized in said environment.
  • At least a part of the waveguide preferably at least the measuring part, can extend into a recess, preferably a groove, provided on a face of the target or, preferably, is in contact with an outer surface of the target, preferably against a cold face of the target.
  • the measurement part can in particular be fixed on the target by insertion in a groove or several fixing points, each fixing point having a length, along the waveguide preferably less than 5 cm, 3 cm, 2 cm, 1 cm, or 0.5 cm.
  • the waveguide is not straight between two fixing points, at room temperature.
  • the length of the waveguide between two successive fixing points is greater than 1.05 times, preferably greater than 1.1 times and/or preferably less than 1.5 times, preferably less than 1, 4 times, preferably less than 1.3 times the distance between said fixing points.
  • the waveguide can thus adapt to dimensional variations of the target part(s) on which it is fixed.
  • the measurement portion extends at least partially, preferably completely inside the target.
  • the target is a block shaped from a mixture of grains which is shaped and then subjected to a consolidation heat treatment compatible with the mechanical and thermal resistance of the waveguide material.
  • a consolidation heat treatment compatible with the mechanical and thermal resistance of the waveguide material.
  • Such a mixture may for example be concrete, cement, rammed earth or grout, the measurement part being integrated during the manufacture of the target.
  • the measurement part can also be housed between the target and a layer made of another material, for example an electrically and/or thermally insulating layer.
  • the measurement part can also be inserted into said layer, which then serves as a support, or be sandwiched between two layers arranged successively on the target.
  • Steps b1) and b2) are similar, as are steps c1) and c2). They differ only in that the environment is different between
  • the reference time can be earlier or later than the updated time. Preferably, it is prior to the updated time.
  • the determination method according to the invention can be implemented in particular for monitoring the environment, at different times updated. In other words, steps b1) and c1) are initially carried out, then steps b2) and c2), d) and optionally e) are repeated at different updated instants.
  • steps b1) and b2) an incident signal is injected with the interrogator through the input end of the waveguide.
  • Any incident signal can be considered, provided that it is identical for the two steps b1) and b2). It is preferably chosen to minimize the disturbances it induces on the properties of the dielectric material of the waveguide, and in particular to avoid a “breakdown” of the dielectric material.
  • the incident signal preferably takes the form of a pulse or "dirac", in particular if, in step 1), the cross-correlation functions relate to the amplitude of the reflected signals.
  • the incident signal can take the form of a periodic wave of any shape.
  • the incident signal can be repeated.
  • the maximum amplitude of the incident signal is between 0.1 and 100 V, preferably less than 10 V, preferably less than 1 V.
  • the frequency of the highest peak in a frequency spectrum of the incident signal is preferably greater than 10 KHz, preferably greater than 100 KHz, preferably greater than 1 MHz, preferably greater than 100 MHz, preferably greater than 200 MHz , preferably above 1 GHz, and/or below 50 GHz, preferably below 30 GHz, preferably below 20 GHz, preferably below 10 GHz, preferably below 6 GHz, preferably below 4 GHz .
  • the incident signals can be sent in the form of signal trains preferably comprising a series of periodic signals of variable frequencies according to the periodic signal considered.
  • Each incident signal propagates through the waveguide to the output end of the waveguide. At each discontinuity, part of the incident signal, or "echo", is reflected back to the input end. All the echoes returned to the output end together constitute the reflected signal associated with the incident signal.
  • the interrogator receives a reference and updated reflected signal, respectively, associated with the incident signal.
  • Figure 2 illustrates an example of a reflected signal, the ordinate axis giving the amplitude in Volts (V) and the abscissa axis giving the time elapsed since the instant to of reception of the reflected signal, in hundreds of nanoseconds ( 10 -7 sec).
  • the noise 33 and base 34 secondary echoes are of low amplitude, and are of various amplitudes and shapes.
  • the basic secondary echoes are grouped together in the part 35 of the reflected signal. When the measurement window is in this part 35 of the reflected signal, the echoes in this window are therefore mostly basic secondary echoes.
  • step d) the interrogator analyzes the reflected reference and updated signals so as to determine said property of said environment and/or a change in said property.
  • step d) comprises steps 1) to 3).
  • step 1) a measurement window and a position for this window on the time axis are determined, so as to define
  • the position of the measurement window is defined, on the graph representing the reference and updated reflected signals, relative to the instant to which marks the start of the reflected signals.
  • the measurement window is, in the example considered, a time range [ti-t ] defined with reference to the instant to on which the start of any reflected signal is keyed.
  • the portions of the reference reflected signal and the updated reflected signal are the parts of these reflected signals that extend into the measurement window.
  • the portions of the reference reflected signal and of the updated reflected signal therefore contain the echoes returned by the same discontinuities of the waveguide, in a first region Ri of the waveguide.
  • the abscissa being the time elapsed from the start of these signals (time to)
  • the reference and updated portions delimited by limits of the measurement window (frame Fi) are therefore parts of these reflected signals which extend between times ti and tf .
  • the reference reflected signal is the signal reflected in the reference situation, i.e. when the waveguide is in a "reference" environment, in response to the incident signal.
  • the property to be evaluated is known, in the environment of the reference situation, at least in the region of the waveguide which returned the reference and updated portions.
  • the reference environment is at 20°C all along the waveguide.
  • the intercorrelation function between the reference and updated portions for this position of the measurement window is then determined.
  • a cross-correlation function is conventionally represented in the form of a curve such as that shown in Figure 4, with
  • the intercorrelation function between the reference and updated portions therefore produces, for the measurement window corresponding to frame Fi, a main peak Pi, centered on a main phase shift dti and having a maximum correlation Ci.
  • a coda interferometry method in English “CWI” or “Coda Wave Interferometry”, is used. This method is notably described in the article “The Theory of Coda Wave Interferometry” by Roel Snieder, Pure appl. geophys. 163 (2006) 455-473 0033-4553/06/030455-19.
  • the coda interferometry method is used in particular in seismic, as described in the publication “Coda Wave Interferometry for Estimating Nonlinear Behavior in Seismic Velocity”, by Snieder et al., in Science vol 295 of 2002.
  • the incident signals injected to obtain the reference and updated reflected signals are identical. If the property of the environment has evolved, in the region of discontinuities corresponding to the measurement window or upstream of this region, between the reference and updated instants, this evolution leads to a modification of the shape of the function of intercorrelation.
  • This modification of form results in a modification of one or more correlation indices.
  • the main phase shift and/or the maximum correlation evolve according to said evolution of the property of the environment.
  • step 2) one or more correlation indices are determined, preferably the maximum correlation and/or the main phase shift.
  • step 3 a value of said property in said region Ri of the waveguide and/or upstream of this region is determined from the value of said correlation index(es).
  • Simple tests make it possible to associate a value for said property with the value of said correlation index or indices, in particular with a maximum correlation and/or with a main phase shift.
  • the waveguide may be straight.
  • the reference reflected signal is recorded and the reference portion is determined.
  • the region Ri of the waveguide is then bent along different radii of curvature, for example 100 cm, 90 cm, 80 cm, 70 cm, 60 cm, 50 cm, 40 cm, 30 cm, 20 cm, 10 cm, at corresponding updated instants. Everytime,
  • the intercorrelation function is calculated between the updated portion and the reference portion
  • the environment of the waveguide can be uniformly at 20°C.
  • the reference reflected signal is recorded and the reference portion is determined.
  • the waveguide is then heated to different temperatures, for example 100°C, 200°C, 300°C, 400°C, 500°C, 600°C, 700°C, 800°C, and 900°C , at corresponding updated instants. Everytime,
  • the intercorrelation function is calculated between the updated portion and the reference portion
  • the longer the duration of the measurement window the better the reliability of the valuation of the property in the region, but the less precise the location of the measurement carried out.
  • the duration of the window measurement is preferably greater than one reference period, preferably greater than two reference periods, preferably greater than three reference periods, preferably greater than four reference periods, and/or less than 10 reference periods, of preferably less than 8 reference periods, preferably less than 6 reference periods.
  • the analysis is renewed for several positions of the measurement window, the measurement window preferably retaining its duration.
  • the measurement window is slid so that it traverses the reflected signals, preferably at least over the entire range corresponding to the measurement part, and, for each position of the measurement window, a so-called analysis is carried out.
  • the environment throughout the waveguide can thus be "swept".
  • the analysis then relates to a part of the waveguide which extends at the start of the measurement part.
  • the instant ti (and therefore the instant tf , the duration of the measurement window being constant) is then incremented by a predetermined duration, for example by a quarter of the duration of the measurement window, and a new step d) of analysis.
  • the cycle is renewed, preferably until time tf reaches time ta marking the end of the measurement part, in this case identifiable by the bottom echo.
  • the two extreme positions have been shown for the measurement window, corresponding to the first region Ri and to the 21 th R21 of the waveguide obtained by sliding the measurement window up to a 21 th position .
  • the measurement window is at least moved, or even exclusively moved, in a part of the reference and updated portions comprising only basic or noise secondary echoes, preferably substantially only basic secondary echoes.
  • H is possible to interpret it using cross-correlation functions established for the same position of the measurement window, with the same reference reflected signal, but with updated reflected signals acquired at different updated instants, in which the region of the waveguide corresponding to said position is subjected to a local environment which is different each time, as explained above.
  • the cross-correlation functions calculated for two different measurement windows are compared.
  • the differences in values of the correlation indices between these cross-correlation functions advantageously make it possible to determine differences in the value of the property between the regions concerned.
  • This variant advantageously makes it possible to detect a different local evolution of the property in the two regions, and thus, for example, to detect an abnormal evolution of the property in one of the two regions without needing to know the value of the property, nor having need to establish a correspondence table between the values of the correlation index(es) and the local values of the property.
  • the method comprises a step e).
  • step e) the computer having analyzed the reflected signals generates an information message on the result of said analysis.
  • the message specifies:
  • the message can be sent to a central computer and/or be presented to an operator, for example on a screen and/or by activating a light and/or by emitting an audible signal.
  • a waveguide is made from two electrical conductors in the form of wires 0.5 mm in diameter and 5 m long, one in pure platinum and the other in platinum with 10% rhodium.
  • Beads in sintered alumina at 99.7% Al2O3, each having an outside diameter of 3 mm and a length of 20 mm, and pierced longitudinally with two through holes of 0.8 mm in diameter spaced 0.5 mm apart on the other, are threaded over the wires, each wire passing through a respective hole.
  • the beads thus maintain a distance of about 0.5 mm between the two threads.
  • the discontinuous sleeve formed by the stacking of the beads constitutes a protective sheath to protect the two threads.
  • the waveguide thus formed is placed on a table, meandering randomly.
  • the discontinuities resulting from the spaces between the alumina beads and the curvature of the waveguide make it possible to create impedance variations over the entire length of the waveguide, in a substantially random manner.
  • the two wires at the input end of the waveguide are connected to a Copper Mountain S5085 interrogator.
  • the two threads are cemented (Fixwool Adhesive UNIFRAX cement) to the last bead so as to avoid any contact between the two threads and to keep the beads in place.
  • the interrogator acts as a transmitter and a receiver. It is connected to a computer via a USB port allowing the downloading of the software, the calibration and the adjustment of the parameters of measurement and representation on the computer screen.
  • the incident signal is an electrical pulse generated by means of the interrogator as follows:
  • the interrogator is set to the SU position for the use of channel 1, which corresponds to the measurement of the reflection coefficient in the cable with the “Time Domain” mode.
  • the most suitable display for this measurement is called "Real”, which corresponds to the representation in the real time domain.
  • the interrogator setting parameters are as follows:
  • the entire waveguide is at 20°C.
  • the interrogator receives a reference reflected signal.
  • the reference reflected signal is represented in the form of a curve giving the evolution of the reflection coefficient as a function of the time of flight, along the waveguide.
  • the reflection coefficient is the ratio between the difference between the impedance of the free end of the waveguide and the characteristic impedance of the transmission line formed by the waveguide, over the sum of these two impedances. It is calculated automatically by the interrogator based on the potential differences between the two electrical conductors of the coaxial cable.
  • the reference reflected signal can also be represented in the form of a potential variation.
  • the bottom echo is detected, then secondary noise and base echoes, induced by partial reflections of the incident signal on the discontinuities resulting from the presence of the beads, as well as by the perfect non-parallelism between the two conductors.
  • the bottom echo has an amplitude of 0.3.
  • the waveguide successively passes through two ovens, entering and exiting each oven through holes surrounded by insulating fibers in order to maintain the temperature of the oven.
  • the distance between the interrogator and oven n°1 is 151cm.
  • the width of oven n°1 is 43 cm.
  • the waveguide length between the two ovens is 160 cm.
  • the width of oven n°2 is 64 cm.
  • the waveguide extends at the exit of oven n°2 for 81 cm.
  • the ovens are heated up, with a programmed rise rate of 100°C/h, up to 600°C+/-15°C.
  • An incident signal identical to that sent in the reference situation is then injected and an updated reflected signal is recorded by the interrogator.
  • the two graphs in the lower part of FIG. 3 simultaneously represent portions of the two reference and updated signals, in measurement windows represented by frames F1 and F21.
  • a measurement window with a constant duration of about 8 ns is defined, then moved along the time axis, substantially from the transmit echo to the bottom echo. 21 positions are thus successively defined for the measurement window for each of which a cycle of steps 1) to 2) is implemented.
  • "t w , n designates the n th position of the center of the measurement window.
  • the slip step is 2.5 ns, which makes it possible to have information overlaps.
  • the measurement window is represented only at positions t w ,i and 1 ⁇ ,21 (frames F1 and F21).
  • Si designates the updated portion for the updated situation "i", in this case the updated situation in which certain parts of the waveguide are placed in an oven at 600°C
  • t represents the time
  • 2T is the size of the sliding window
  • t w is the n th position of the center of the measurement window, i.e. t w , n .
  • equation (1) provides a value for each instant t in the measurement window.
  • the curves corresponding to the first and 21st positions have been shown in Figure 4.
  • the maximum value Ci and C21 of the correlation (approximately 1 for position t w ,i (frame Fi) and 0.85 for position t w , 2i (frame F21) as well as the positions of the phase shifts dh and dl2i of these maximum values with respect to zero (0 for Fi, approximately -0.2 ns for F21) are noted in figure 4.
  • the phase shift dt n for the n th position of the measurement window is a correlation index whose value depends on the difference between the reference situation and the updated situation z.
  • a zero value of dt n indicates that the signals reflected in the reference situation and in the updated situation have remained in phase upstream and up to the n th region R n of the waveguide corresponding to this position ("upstream part of the waveguide), that is to say that no property of the environment which modifies the speed of propagation in the waveguide, for example the temperature and/or the composition of the environment, for example the humidity of the environment has not been modified from the entry end up to the n th region R n , between the reference situation and the updated situation.
  • a non-zero value of dt n indicates on the contrary that at least such a property of the environment of the upstream part of the waveguide has been modified between the reference situation and the updated situation, that is to say between the reference time and the updated time.
  • the variation of said property between the reference situation and the updated situation in the upstream part of the waveguide can be determined by means of a correspondence table, which requires an experimental calibration.
  • the inventors have however observed that with a constant composition of the environment, it is possible to directly determine a temperature variation between the reference situation and the updated situation in the upstream part of the waveguide, by linking mathematically the phase shift dt n to the average speed difference of the incident signal in this upstream part, between the reference and updated situations. For example, in each region of the upstream part of the waveguide which is hotter in the updated situation than in the reference situation, the incident signal circulates faster in the updated situation than in the reference situation, which leads to an increase in the absolute value of the phase shift.
  • the normalized phase shift dtn/t w , n is substantially proportional to the relative variation in propagation speed dV/V.
  • V can be easily determined experimentally or by calculation.
  • the normalized phase shift dtn/t w , n therefore makes it possible to determine dV, and therefore the speed, on average in the upstream part, in the updated situation.
  • the normalized phase shift dtn/t w , n therefore makes it possible to determine a temperature value without having to establish a correspondence table, and therefore without having recourse to direct temperature measurements, for example with thermocouples.
  • the reflected signals are then passed through the measurement window, steps 1) and 2) being repeated each time.
  • the positions of the measurement window in which dV/V changes significantly indicate the regions in which the temperature in the actualized situation is significantly different from that in the reference situation.
  • FIG. 5 thus represents dV/V as a function of t w , n , that is to say, in an equivalent manner, along the waveguide.
  • the environment preferably of a length greater than 1 m, preferably greater than 3 m, preferably greater than 4 m, preferably greater than 5 m, preferably greater than 6 m.
  • the inventors have also observed that the representation of the normalized phase shift or of a function of this ratio, preferably a derivative of this normalized phase shift with respect to t w , n , or, equivalently, a gradient of this normalized phase shift with respect to the position along the waveguide, facilitates the analysis.
  • the normalized phase shift and its derivative constitute examples of particularly discriminating correlation indices.
  • FIG. 6 there is represented, for each position of the measurement window, that is to say for each point along the measurement part, the value of the maximum correlation for a considered position of the measurement window. measure.
  • FIG. 6 makes it possible, like FIG. 5, to distinguish the two regions of the measurement part, Z2 and Z4, in which the value of the maximum correlation exhibits a minimum.
  • the invention is particularly well suited to measurements in an environment at a temperature greater than 100°C, 125°C, 200°C, 300°C, 500°C, or greater than 700°C.
  • the invention provides a solution making it possible to evaluate, in a precise manner and from the same updated reflected signal, at multiple points and in real time, several properties of an environment, in particular a temperature in a high temperature environment and a change in the physical state of the environment, for example the appearance of cracks.
  • the invention is not limited to the embodiments described and represented, provided for illustrative purposes only.
  • the number and shape of waveguides for a target are not limiting.
  • the waveguide may include a plurality of measurement portions.
  • a waveguide can make it possible to simultaneously monitor several targets or the same target in different environments, a measurement part being placed in each environment.
  • step d signal analysis is not limited to the coda interferometry method described in detail above.
  • a stretching method can be used.
  • step d) implements a signal processing algorithm called “DTW” or “Dynamic Time Warping”.
  • the reference portion and the updated portion of step d) then each correspond to a respective point.
  • a mathematical function of the “error function” type for example corresponding to the square of the amplitude difference, makes it possible to calculate for each updated portion, in other words for each point of the updated reflected signal, an error value.
  • the so-called “distance function” function used to represent the distribution of errors for each updated portion constitutes the cross-correlation function, the minimum of which corresponds to the maximum correlation for a given point of the waveguide, according to step d).
  • the representation of the maximum correlation for a population of points along the measurement part of the waveguide makes it possible to deduce the evolution of the value of the property along this part of the waveguide.
  • the waveguide of the device may comprise more than two conductors, for example three, four, five or six conductors.
  • the field lines of a signal circulating in the waveguide then depend on the arrangement of the conductors, which makes it possible to measure property variations in several different directions.
  • Figure 8 illustrates different embodiments of a waveguide, and represents the associated field lines.
  • the distance between two conductors of a waveguide comprising more than two conductors can be variable according to the pair of conductors considered. This distance can be easily fixed by threading the conductors into respective bead holes.
  • the waveguide may have a positively charged center conductor and two side conductors extending from either side of the center conductor and either negatively charged or grounded, or vice versa.
  • the field lines are then concentrated between the central conductor and each of the side conductors.
  • the waveguide has a positively charged central conductor and a plurality of side conductors extending parallel to and around the central conductor, preferably equiangularly distributed around the central conductor and negatively charged, preferably at the same electrical potential.
  • the center conductor can be negatively charged and the side conductors can be positively charged. Either the center conductor or the side conductors may be grounded.
  • a waveguide comprising a central conductor and six side conductors extending all around the central conductor makes it possible to concentrate the lines in the immediate vicinity of the waveguide. This configuration makes it possible to concentrate the measurement region close to the central conductor. The reliability of the local temperature measurement is improved, but the extent of the measurement region is limited.
  • the waveguide can be a coaxial cable to obtain maximum concentration of the measurement region, i.e. the area in which the device allows a measurement.
  • the conductors of the same waveguide are made of the same material.
  • the shape of the conductors is not limiting. They can in particular take the form of a wire, a cable or a strip made of an electrically conductive material.
  • the cleats or the beads can be made of a single material or of several different materials. It is thus possible to adapt the impedance to the measurement medium in order to improve the measurement sensitivity with respect to external disturbances.

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Abstract

Dispositif de suivi, par réflectométrie électrique temporelle ou fréquentielle, d'une pièce cible, ledit dispositif comprenant : - un guide d'ondes électromagnétiques (12); - un interrogateur (18) électriquement connecté au guide d'ondes pour y injecter un signal incident et recevoir un signal réfléchi en réponse, le signal réfléchi comportant un écho de fond (30) réfléchi par l'extrémité de sortie du guide d'ondes; le guide d'ondes comportant une partie de mesure (14) comportant une pluralité de discontinuités de base (24), - distribuées de manière aléatoire le long de la partie de mesure du guide d'ondes, et - aptes à générer des échos présentant une amplitude supérieure à 1% et inférieure à 30% de l'amplitude de l'écho de fond.

Description

Description
Titre : DISPOSITIF ET PROCEDE DE SUIVI D' UNE PIECE PAR REFLECTOMETRIE
Domaine technique
L’invention concerne un procédé et un dispositif de suivi d’une pièce cible par réflectométrie électrique. Elle concerne aussi un procédé de fabrication d’un tel dispositif de suivi et une installation comportant un tel dispositif de suivi.
Art antérieur
Le relevé des températures à différents emplacements d’une pièce cible permet d’en contrôler l’état, en particulier pour détecter des points chauds correspondant à des ponts thermiques ou pour détecter l’apparition de fissures.
Dans les environnements à des températures supérieures à 100°C, ce relevé s’effectue classiquement au moyen de thermocouples. Cependant, la mise en œuvre de thermocouples est longue et ne permet pas un suivi continu avec une densité de points de mesure élevée.
Alternativement, les températures sont mesurées par thermographie infrarouge. La thermographie infrarouge n’est cependant possible qu’aux endroits accessibles visuellement par une caméra infrarouge.
Par ailleurs, l’utilisation de thermocouples ou de la thermographie infrarouge ne permet pas de détecter les modifications de l’état physique de la pièce. Un deuxième réseau de capteurs doit donc être installé à cet effet.
De manière plus générale, il existe un besoin pour une solution facilitant le relevé de mesures de différentes natures en de nombreux points d’un environnement, en particulier le relevé de la température et/ou de l’état physique d’une pièce cible ou d’un assemblage de pièces cibles de grandes dimensions, et permettant un suivi continu et précis des évolutions de ces mesures.
Un but de l’invention est de répondre, au moins partiellement, à ce besoin.
Résumé de l’invention
L’invention propose un procédé de détermination d’une propriété d’un environnement dans une situation « actualisée », ledit procédé comportant les étapes suivantes : a) introduction, dans ledit environnement, d’un guide d’ondes électromagnétiques comportant, entre des extrémités d’entrée et de sortie dudit guide d’ondes, une partie de mesure comportant une pluralité de discontinuités ; puis dans une situation de référence dudit environnement, bl) à un instant « de référence », injection d’un signal incident par ladite extrémité d’entrée ; cl) réception d’un signal réfléchi par le guide d’ondes en réponse à ladite injection, ou
« signal réfléchi de référence » ; et, dans la situation actualisée dudit environnement, b2) à un instant « actualisé », injection, par ladite extrémité d’entrée, d’un signal incident identique à celui injecté à l’étape bl) ; c2) réception d’un signal réfléchi par le guide d’ondes en réponse à ladite injection, ou « signal réfléchi actualisé » ; d) analyse des signaux réfléchis de référence et actualisé de manière à déterminer ladite propriété dudit environnement dans la situation actualisée, e) optionnellement, de préférence, émission d’un message relatif à ladite propriété ou à une évolution de ladite propriété par rapport à une situation antérieure à l’instant actualisé ; l’étape d) comportant les étapes suivantes :
1) détermination d’une fonction d’intercorrélation entre
- une portion « de référence » du signal réfléchi de référence, et
- une portion « actualisée » du signal réfléchi actualisé ; les portions de référence et actualisée étant des portions des signaux réfléchis de référence et actualisé, respectivement, délimitées par une même fenêtre de mesure, centrée sur un instant, dit « position de fenêtre », défini par rapport au début des signaux réfléchis de référence et actualisé, le maximum de la fonction d’intercorrélation, ou « corrélation maximale », étant obtenu pour un déphasage appelé « déphasage principal » (autrement dit, la valeur de ladite fonction d’intercorrélation, ou « corrélation », en fonction du temps, ou « déphasage », définit un pic principal (le plus haut pic) dont la hauteur définit la « corrélation maximale », le pic principal étant centré sur le « déphasage principal ») ;
2) détermination, à partir du déphasage principal et/ou de la corrélation maximale, d’un indice de corrélation, et 3) détermination, à partir dudit indice de corrélation, d’une valeur de ladite propriété dans la situation actualisée et/ou d’une évolution de ladite valeur de ladite propriété.
Un guide d’ondes électromagnétiques est un guide d’ondes présentant la forme générale d’une ligne de transmission, adapté à une mesure par réflectométrie électrique temporelle ou fréquentielle. Il comporte classiquement des premier et deuxième conducteurs électriques isolés électriquement l’un de l’autre, de préférence espacés par un matériau diélectrique, et qui s’étendent suivant la direction de la longueur du guide d’ondes.
Le signal incident est classiquement une variation de différence de potentiel entre lesdits conducteurs électriques. Le signal incident est injecté à l’extrémité d’entrée du guide d’ondes, puis se propage sous la forme d’une onde électromagnétique. Une variation d’impédance électrique provoque une réflexion partielle de cette onde.
Le signal réfléchi est également une variation temporelle de différence de potentiel entre les conducteurs électriques.
On appelle « écho » la partie d’un signal réfléchi qui est renvoyée par une discontinuité (écho secondaire), par l’extrémité d’entrée du guide d’ondes (écho d’émission) ou par l’extrémité de sortie du guide d’ondes (écho de fond). Un écho secondaire est ainsi une réponse d’une discontinuité au signal incident.
Selon l’amplitude des échos secondaires, on distingue les échos secondaires « de bruit », les échos secondaires « de base » et les échos secondaires « francs ».
Les échos secondaires de bruit sont les échos secondaires qui présentent une amplitude inférieure ou égale à 1% de l’amplitude de l’écho de fond et supérieure à 0,1% de l’amplitude de l’écho de fond. Ils sont classiquement générés par des discontinuités « de bruit » résultant d’imperfections dans le guide d’ondes, générées en particulier lors de la fabrication du guide d’ondes.
Les échos secondaires de bruit étant de faible amplitude, ils sont donc très vite atténués. Dans de nombreux cas, ils ne permettent pas de réaliser un suivi précis des évolutions de mesure, par exemple lorsque la température augmente ou lorsque l’humidité est élevée.
Les échos secondaires de base sont les échos secondaires qui présentent une amplitude supérieure à 1% et inférieure à 30% de l’amplitude de l’écho de fond. Ils sont générés par des discontinuités « de base », classiquement résultant de modifications volontaires apportées au guide d’ondes, par exemple par texturation ou ajout de perles, comme décrit ci-dessous.
L’amplitude des échos secondaires de base peut être supérieure à 2%, à 3%, ou à 5%, voire à 10%de l’amplitude de l’écho de fond réfléchi par l’extrémité de sortie du guide d’ondes.
L’analyse de l’étape d) permet de détecter et d’identifier des perturbations ou des modifications de l’environnement sur toute la longueur de la partie de mesure du guide d’ondes.
Les échos secondaires francs sont les échos secondaires qui présentent une amplitude supérieure ou égale à 30% de l’amplitude de l’écho de fond. Ils sont généralement isolés et générés par des discontinuités « franches », classiquement résultant d’une variation importante ou brusque de la structure du guide d’onde, par exemple résultant d’une dégradation involontaire du guide d’ondes, par exemple par fissuration. De telles discontinuités franches, locales, ne permettent pas, par analyse des échos secondaires francs, de mesurer des perturbations ou des modifications de l’environnement ailleurs qu’aux emplacements des discontinuités franches. Elles ne permettent donc pas de localiser des variations de mesure sur toute la longueur de la partie de mesure.
Comme cela est montré sur la figure 2, les échos secondaires de bruit 33 et de base 35 se distinguent en particulier d’un écho secondaire franc 32 (pic isolé du signal réfléchi).
De préférence, ladite propriété est choisie parmi :
- la température de l’environnement ;
- une information relative à l’état physique de l’environnement, par exemple relative à l’humidité ou à la pression dans ledit environnement ;
- une information relative à la composition chimique de l’environnement, par exemple relative à une teneur en constituants alcalins ou à une teneur en CO.
De préférence, l’environnement est au moins en partie constitué par une pièce cible.
De préférence, l’environnement est à une température supérieure à 125°C, ou à une température supérieure à 400°C.
Dans un mode de réalisation, l’environnement comporte un matériau réfractaire, voire est constitué en un matériau réfractaire.
De préférence, le guide d’ondes est en contact, de préférence appliqué sur la pièce cible, de préférence fixé, par exemple collé, sur la pièce cible, ou noyé dans la pièce cible, par exemple dans un béton réfractaire. Il peut donc pénétrer au sein de la pièce cible ou rester à l’extérieur de la pièce cible.
De préférence, le guide d’ondes comporte des premier et deuxième conducteurs électriques isolés électriquement l’un de l’autre par un matériau diélectrique et, avant l’étape a), on modifie le guide d’ondes, par exemple par texturation de la surface extérieure du guide d’ondes et/ou du matériau diélectrique et/ou d’au moins un des premier et deuxième conducteurs électriques, par exemple par abrasion et/ou attaque chimique, ou par segmentation irrégulière du matériau diélectrique, par exemple par enfilage de perles sur l’un ou les deux conducteurs électriques, de manière à créer desdites discontinuités, de préférence des discontinuités de base.
De préférence, des discontinuités de base sont distribuées de manière aléatoire au moins le long de la partie de mesure du guide d’ondes, voire selon toute la longueur du guide d’ondes. Avantageusement, la distribution aléatoire évite des phénomènes de résonance par interférence.
L’indice de corrélation de la fonction d’intercorrélation est de préférence la corrélation maximale ou le déphasage principal de cette fonction, ou toute fonction de la corrélation maximale et/ou du déphasage principal. D’autres indices de corrélation sont cependant envisageables.
Dans un mode de réalisation, à l’étape 3), on évalue la valeur de ladite propriété et/ou ladite évolution de ladite valeur de ladite propriété au moyen d’une table de correspondance établissant une relation entre
- ladite valeur et/ou ladite évolution et
- ledit indice de corrélation.
De préférence, on renouvelle le cycle des étapes 1) à 3) en modifiant à chaque fois la position de la fenêtre de mesure, de préférence en conservant la même durée pour la fenêtre de mesure, de préférence de manière à balayer au moins toute la partie de mesure du guide d’ondes en contact avec ledit environnement. L’indice de corrélation peut être en particulier la corrélation maximale. Avantageusement, il est ainsi possible de suivre localement ladite propriété tout au long de la partie de mesure du guide d’ondes.
Dans un mode de réalisation, on réalise des premier et deuxième cycles d’étapes 1) à 2), avec des première et deuxième positions de la fenêtre de mesure, respectivement, de préférence en conservant la même durée pour la fenêtre de mesure, de manière à déterminer des premier et deuxième indices de corrélation, en particulier des première et deuxième corrélations maximales ou des premier et deuxième déphasage normalisés, définis ci-dessous, respectivement, puis, à l’étape 3), on détermine une différence entre les premier et deuxième indices de corrélation, ou une fonction de ladite différence, par exemple un gradient dudit indice de corrélation entre les première et deuxième positions de la fenêtre de mesure, en particulier un gradient pour le déphasage normalisé, puis on détermine, à partir de ladite différence ou de ladite fonction de ladite différence, la valeur de ladite propriété dans la situation actualisée et/ou l’évolution de ladite valeur de ladite propriété.
De préférence, on renouvelle ledit deuxième cycle en modifiant à chaque fois la position de la deuxième fenêtre de mesure, de préférence en conservant la même durée pour la fenêtre de mesure, de préférence de manière à balayer au moins toute la partie de mesure du guide d’ondes en contact avec ledit environnement. Avantageusement, il est ainsi possible de suivre localement ladite propriété tout au long de la partie de mesure du guide d’ondes.
Selon un premier aspect principal, préféré, l’indice de corrélation est une fonction du rapport entre le déphasage principal et la position de la fenêtre de mesure, sur laquelle la fenêtre de mesure est centrée. L’indice de corrélation est de préférence le rapport du déphasage principal sur la position de la fenêtre de mesure, ou une dérivée dudit rapport.
Comme on le verra plus en détail dans la suite de la description, cette normalisation permet avantageusement de déterminer des informations sur la température en amont de la fenêtre de mesure, sans étape de calibration.
De préférence, on met en œuvre des étapes 1) et 2) pour plusieurs positions de la fenêtre de mesure successives de manière à rechercher une portion des signaux réfléchi et de référence dans laquelle ledit rapport, ou « déphasage normalisé », évolue avec la position de la fenêtre de mesure. On peut ainsi en déduire, à l’étape 4), l’existence d’une différence de température entre la situation de référence et la situation actualisée dans une région du guide d’ondes correspondant à ladite portion. Cette différence peut être mesurée au moyen d’une table de correspondance, définie expérimentalement, associant des évolutions de déphasages normalisés et des différences de température entre la situation de référence et la situation actualisée. Dans un mode de réalisation, l’indice de corrélation est la dérivée du déphasage normalisé par rapport à la position de la fenêtre de mesure, ou, de manière équivalente, un gradient de ce déphasage normalisé par rapport à la position le long du guide d’ondes. La dérivée présente l’avantage de fournir immédiatement une information sur l’évolution locale de la propriété entre la situation de référence et la situation actualisée dans la région qui correspond à la position de la fenêtre de mesure.
De préférence, aucune position de la fenêtre de mesure est à moins d’un mètre, de préférence à moins de 5 mètres de l’extrémité d’entrée du guide d’ondes. La partie de mesure du guide d’ondes est ainsi précédée d’une partie « morte », ce qui améliore la précision des mesures, en particulier réalisées à partir du déphasage normalisé.
Dans un mode de réalisation, ladite propriété est une température ou une humidité de l’environnement, et est déterminée, par exemple au moyen d’une table de correspondance, en fonction, de préférence exclusivement en fonction, du déphasage principal ou d’une fonction du déphasage principal, de préférence en fonction du rapport du déphasage principal sur la position de la fenêtre de mesure.
Dans un mode de réalisation, ladite propriété est relative à un état physique de l’environnement, par exemple à la présence de fissures ou à une délamination, agit sur la forme du guide d’ondes et est déterminée, par exemple au moyen d’une table de correspondance, en fonction, de préférence exclusivement en fonction, de la corrélation maximale. Par exemple, ladite propriété agit sur la distance entre lesdits premier et deuxième conducteurs électriques et/ou sur l’agencement de perles diélectriques disposées le long du guide d’ondes.
Dans un mode de réalisation, plus de 80%, plus 90%, plus de 95%, voire sensiblement 100% des portions de référence et actualisée représentent des échos secondaires de bruit. Ce mode de réalisation n’est pas préféré, les échos secondaires de bruit étant très vite atténués et ne permettant pas de réaliser un suivi précis de grandes évolutions de température. L’utilisation des échos secondaires de base est préférée.
La succession des échos secondaires de bruit et/ou de base produit de préférence une variation temporelle ou fréquentielle de potentiel qui est apériodique ou irrégulière. Les variations apériodiques de ces échos sont généralement considérées comme préjudiciables. Elles sont cependant utiles pour évaluer la propriété d’un environnement en de multiples points : En effet, ces échos n’entravent sensiblement pas la propagation du signal incident. H est ainsi avantageusement possible de multiplier les points de mesure tout au long du guide d’ondes afin de collecter une multitude d’informations utiles sur l’environnement.
Selon un deuxième aspect principal, préféré, au moins une partie des échos des portions de référence et actualisée présentent une amplitude supérieure à 1% et inférieure à 30% de l’amplitude de l’écho de fond réfléchi par l’extrémité de sortie du guide d’ondes.
La fiabilité de la mesure est avantageusement supérieure à celle résultant d’une analyse des échos secondaires de bruit.
Les échos secondaires de base résultent classiquement de discontinuités de base ajoutées volontairement sur le guide d’ondes. Il est donc avantageusement possible de sélectionner des régions particulières dans lesquelles les échos secondaires de base sont ajoutés. En marquant ces régions, par exemple en les colorant d’une manière spécifique, il est ainsi possible de les identifier facilement. Le montage du guide d’ondes dans son environnement en est simplifié.
De préférence, les discontinuités de base sont ajoutées exclusivement dans une ou plusieurs régions du guide d’ondes, mais pas sur toute la longueur du guide d’ondes. Avantageusement, les régions du guide d’ondes qui ne sont pas utilisées pour la mesure peuvent ne pas comporter de discontinuités de base, ce qui limite l’atténuation du signal incident parcourant le guide d’ondes. Avantageusement, une telle distribution des discontinuités de base autorise des longueurs supérieures pour le guide d’ondes.
De préférence, à l’étape d), on détermine la fenêtre de mesure et sa position de manière que plus de 80%, plus 90%, plus de 95%, voire sensiblement 100% des portions de référence et actualisée représentent des échos secondaires dont l’amplitude est supérieure à 1%, à 2%, à 3%, à 5%, voire à 10% et/ou inférieure à 30% de l’amplitude de l’écho de fond réfléchi par l’extrémité de sortie du guide d’ondes. Autrement dit, la portion de base et la portion actualisée sont de préférence constituées, pour plus de de 80%, plus 90%, plus de 95%, voire sensiblement 100% de leurs longueurs, desdits échos secondaires.
De préférence, plus de 80%, plus 90%, plus de 95%, voire sensiblement 100% desdits échos secondaires sont générés par des discontinuités résultant
- d’une texturation de la surface extérieure du guide d’ondes et/ou d’au moins un conducteur électrique du guide d’ondes, en particulier lorsque le guide d’ondes comporte desdits premier et deuxième conducteurs électriques sous la forme de câbles parallèles, et/ou
- de la présence d’un ou plusieurs taquets diélectriques disposés le long du guide d’ondes, de préférence sous la forme de perles.
De préférence, les taquets diélectriques sont des perles qui sont enfilées bout à bout le long du guide d’ondes de manière à former ensemble une gaine de protection segmentée.
De préférence, à l’étape d), on détermine la fenêtre de mesure et la position de la fenêtre de mesure de manière que les échos secondaires des portions de référence et actualisée, de préférence au moins les échos secondaires de base des portions de référence et actualisée, présentent des amplitudes et/ou des formes variables aléatoirement et/ou de manière que lesdits échos soient distribués aléatoirement dans la fenêtre de mesure, c'est-à-dire dans les portions de référence et actualisée. On limite avantageusement le risque d’erreur lors de l’analyse des portions de référence et actualisée.
De préférence, à l’étape d), on détermine une fenêtre de mesure de manière que le rapport de l’amplitude moyenne des échos secondaires de bruit et de base des portions de référence et actualisée dans la fenêtre de mesure, sur l’amplitude de l’écho de fond, soit supérieur à 2%, à 3%, à 5%, voire à 10%.
De préférence, le rapport de l’amplitude moyenne des échos secondaires de bruit et de base des portions de référence et actualisée sur l’amplitude de l’écho de fond est inférieur à 50%, de préférence inférieur à 40%, de préférence inférieur à 30%, voire inférieur à 20%. Un tel rapport est favorable à la sensibilité de la mesure.
Dans un mode de réalisation, plus de 80%, plus 90%, plus de 95%, voire sensiblement 100% des portions de référence et actualisée représentent des échos secondaires de bruit. De préférence, plus de 80%, plus 90%, plus de 95%, voire sensiblement 100% des portions de référence et actualisée représentent des échos secondaires de base.
La succession des échos secondaires de bruit et/ou de base produit de préférence une variation temporelle ou fréquentielle de potentiel qui est apériodique ou irrégulière. Les variations apériodiques de ces échos sont généralement considérées comme préjudiciables et c’est le mérite des inventeurs d’avoir découvert que ces variations peuvent être utiles pour évaluer la propriété d’un environnement en de multiples points : En effet, ces échos n’entravent sensiblement pas la propagation du signal incident. Il est ainsi avantageusement possible de multiplier les points de mesure tout au long du guide d’ondes afin de collecter une multitude d’informations utiles sur l’environnement. Selon un troisième aspect principal, préféré, le guide d’ondes est configuré pour
- résister, et en particulier ne pas fondre, même partiellement, à une température supérieure à 100°C, supérieure à 125°C, supérieure à 150°C, supérieure à 200°C, supérieure à 300°C, supérieure à 400°C, et/ou inférieure à 2000°C ou inférieure à 1 000°C et/ou
- résister à un environnement, en particulier gazeux,
- très oxydant, par exemple une atmosphère contenant un halogène, par exemple du Fluor et/ou du Chlore, et/ou un alcalin, par exemple plus de 1% dudit halogène et/ou dudit alcalin, ou
- très réducteur, par exemple une atmosphère contenant de l’hydrogène et/ou du monoxyde de carbone, par exemple plus de 1% ou plus de 5% d’hydrogène et/ou de monoxyde de carbone.
De préférence, le guide d’ondes est dépourvu de matériau ayant une température de fusion inférieure à 500°C, à 400°C, à 300°C, à 200°C ou à 100°C, de préférence dépourvu de matériau ayant une température de fusion inférieure à la température de l’environnement.
De préférence, le guide d’ondes ne comporte pas de polymère.
Dans un mode de réalisation, dans la situation actualisée et/ou dans la situation de référence, ledit environnement est à une température supérieure à 125°C, voire supérieure à 300°C, et le guide d’ondes est configuré de manière à ne pas fondre, même partiellement, à la température de l’environnement.
De préférence, le guide d’ondes n’est pas un câble coaxial. De préférence, le guide d’ondes comporte des premier et deuxième conducteurs électriques sous la forme de câbles parallèles, isolés électriquement l’un de l’autre par un matériau diélectrique, de préférence au moyen d’espaceurs, par exemple de perles.
Selon un quatrième aspect principal, préféré, à l’étape 2), on détermine la corrélation maximale et, à l’étape 3), on détermine une modification de l’environnement du guide d’onde ou une déformation du guide d’ondes, dans la région correspondant à la fenêtre de mesure, en fonction de la corrélation maximale.
La corrélation maximale présente l’avantage de fournir une information sur l’évolution de la forme du guide d’ondes et/ou de la propriété de l’environnement autour du guide d’ondes, entre la situation de référence et la situation actualisée dans la région qui correspond à la position de la fenêtre de mesure. Pour localiser la déformation ou l’évolution de la propriété de l’environnement, il n’est donc pas nécessaire de balayer le guide d’ondes, c'est-à-dire de mettre en œuvre des étapes 1) et 2) pour une succession de positions de la fenêtre de mesure.
Un tel balayage est cependant utile pour déterminer les déformations tout au long du guide d’ondes, comme illustré sur la figure 6.
La détection et l’évaluation d’une déformation du guide d’ondes permettent avantageusement de détecter et d’évaluer l’apparition de fissures, ou plus généralement, d’une déformation de l’environnement.
La corrélation maximale peut être utilisée pour évaluer une modification de l’environnement du guide d’ondes, même lorsque le guide d’ondes ne se déforme pas. Par exemple, elle peut être utilisée si les taquets ou la gaine du guide d’ondes sont réalisés dans un matériau avec coefficient d’expansion thermique proche de 0, par exemple en cordiérite, dans un environnement dans lequel la température varie significativement.
L’utilisation de la corrélation maximale et du déphasage normalisé comme indices de corrélation permet avantageusement, à partir d’un même signal réfléchi actualisé :
- à partir de l’analyse du déphasage normalisé, de déterminer des modifications de propriétés de l’environnement ayant agi sur la vitesse de propagation du signal incident le long du guide d’ondes, comme la température ou la composition chimique ou la nature des phases (liquide, solide ou gaz), voire la nature des phases cristallographiques de l’environnement, mais aussi
- à partir de l’analyse de la corrélation maximale, de déterminer des modifications de propriétés de l’environnement s’étant traduites par une déformation de l’environnement autour du guide d’ondes et/ou ayant agi sur la déformation du guide d’ondes, comme l’apparition de contraintes mécaniques, résultant par exemple de pressions et générant par exemple des fissures ou une délamination.
Selon un cinquième aspect principal, préféré, le guide d’ondes comporte deux câbles conducteurs électriquement non coaxiaux, de préférence métalliques, de préférence séparés par un matériau diélectrique.
L’absence de coaxialité facilite le ménagement des discontinuités de base, notamment pour l’agencement et la géométrie d’un matériau diélectrique. De préférence, les câbles sont parallèles.
L’utilisation d’un tel guide d’ondes est avantageusement robuste, efficace, et peu coûteuse.
Chaque câble peut être constitué d’un fil unique ou de plusieurs fils, par exemple tressés.
Selon un sixième aspect principal, dans un mode de réalisation, le guide d’ondes comporte deux câbles conducteurs électriquement, de préférence non coaxiaux, de préférence métalliques, de préférence séparés par un matériau diélectrique, l’écartement entre lesdits câbles étant variable localement, suivant la longueur du guide d’ondes, de manière à définir des discontinuités, de préférence des discontinuités de base, de préférence de manière aléatoire.
Selon un septième aspect principal, dans un mode de réalisation, le guide d’ondes comporte plus de deux dit conducteurs, de préférence trois, quatre, cinq ou six conducteurs s’étendant parallèlement, de préférence sous la forme de fils,
- une première partie des conducteurs étant connectés à l’interrogateur, à l’extrémité d’entrée du guide d’ondes, de manière à être à un premier potentiel électrique et
- une deuxième partie des conducteurs étant connectés à l’interrogateur, à l’extrémité d’entrée du guide d’ondes, de manière à être à un deuxième potentiel électrique différent du premier potentiel électrique.
De préférence, la première partie des conducteurs est constituée d’un conducteur « central » et la deuxième partie des conducteurs est constituée de plusieurs conducteurs « latéraux », de préférence plus de deux, plus de trois, plus de quatre ou plus de cinq et/ou moins de 50 conducteur latéraux, s’étendant le long du conducteur central, les conducteurs latéraux étant de préférence équiangulairement répartis autour du conducteur central.
Avantageusement, les lignes de champs peuvent être ainsi concentrées à proximité du conducteur central, ce qui permet de concentrer la mesure à proximité du conducteur central.
Bien entendu, les caractéristiques des différents aspects principaux peuvent être combinées.
Elles sont de préférence combinées. L’invention concerne aussi un dispositif de suivi, par réflectométrie électrique temporelle ou fréquentielle, d’une pièce cible ou d’un assemblage de pièces cibles, ledit dispositif comprenant :
- un guide d’ondes électromagnétiques comportant, entre des extrémités d’entrée et de sortie dudit guide d’ondes, une partie de mesure comportant une pluralité de discontinuités, c’est-à-dire de modifications locales aptes à réfléchir partiellement un signal circulant dans le guide d’ondes, sous la forme d’un écho secondaire ;
- un interrogateur électriquement connecté à l’extrémité d’entrée du guide d’ondes et de préférence configuré de manière à mettre en œuvre des étapes bl), b2), cl), c2), d), et de préférence e), d’un procédé de détermination selon l’invention.
Le guide d’ondes électromagnétiques présente de préférence une ou plusieurs des caractéristiques décrites précédemment pour les différents aspects principaux.
De préférence, la partie de mesure comporte une pluralité de discontinuités, dites « discontinuités de base », aptes à générer des échos secondaires de base.
Les discontinuités de base sont de préférence distribuées, de préférence aléatoirement, au moins le long de la partie de mesure du guide d’ondes, de préférence sur toute la longueur de la partie de mesure.
La partie de mesure peut s’étendre sur toute la longueur ou sur une partie seulement de la longueur du guide d’ondes. En particulier, elle peut s’étendre sur moins de 90%, moins de 80%, moins de 70%, moins de 60%, et/ou plus de 10% de la longueur du guide d’ondes.
De préférence, le guide d’ondes ne comporte des discontinuités de base que dans une ou plusieurs régions « de base » du guide d’ondes, mais pas sur toute la longueur du guide d’ondes. La longueur cumulée des régions de base représente de préférence plus de 10%, de préférence plus de 20%, de préférence plus de 40%, de préférence plus de 50%, et/ou moins de 90%, moins de 80% ou moins de 70% de la longueur du guide d’ondes.
L’utilisation d’un guide d’ondes générant des échos secondaires de faibles amplitudes et/ou ne générant des échos secondaires de base que sur une fraction de sa longueur limite avantageusement l’atténuation du signal incident. Des guides d’ondes de grandes longueurs peuvent être donc utilisés.
De préférence, le guide d’ondes est marqué de manière à identifier la partie de mesure ou la ou les régions de base. Autrement dit, il porte une ou plusieurs marques permettant à un opérateur d’identifier la partie de mesure ou ces régions de base par simple observation visuelle du guide d’ondes.
De préférence, le guide d’ondes comporte
- des premiers et deuxième conducteurs électriques, de préférence sous la forme de câbles, qui s’étendent suivant la direction de la longueur du guide d’ondes, et
- un ou plusieurs taquets diélectriques disposés de manière à générer des dits échos secondaires de base.
Le ou les taquets sont de préférence disposés à moins de 1 mm du premier et/ou du deuxième conducteur électrique, de préférence en contact avec le premier conducteur électrique et/ou le deuxième conducteur électrique.
Le ou les taquets sont de préférence des espaceurs, ou « entretoises », en un matériau diélectrique, disposés de manière à maintenir le premier conducteur électrique à distance du deuxième conducteur électrique.
De préférence, le ou les taquets sont des perles, de préférence de forme générale cylindrique, de préférence de base circulaire, enfilées sur le premier conducteur électrique et/ou sur le deuxième conducteur électrique.
Dans un mode de réalisation, le ou les taquets sont mobiles par rapport au premier conducteur électrique et/ou au deuxième conducteur électrique.
Dans un mode de réalisation, le guide d’ondes comporte une gaine de protection des premier et deuxième conducteurs électriques. De préférence, la gaine de protection est segmentée, de préférence constituée de plusieurs taquets mis bout à bout. Elle peut par exemple résulter d’un enfilage d’une multitude de perles.
De préférence, le ou les taquets sont en un matériau isolant thermiquement et électriquement.
Le matériau isolant thermiquement présente de préférence une conductivité thermique inférieure à 30 W/m.K, inférieure à 20 W/m.K, inférieure à 10 W/m.K, voire inférieure à 5 W/m.K, à une température comprise entre 20 et 1000°C.
De préférence, le ou les taquets ont un point de fusion supérieur à 300°C, supérieur à 500°C, ou supérieur à 1000°C, et de préférence sont en un matériau choisi parmi le mica, les dérivés de mica, le titane, le baryum, la mullite, la cordiérite et l’alumine.
Dans un mode de réalisation, les discontinuités sont obtenues par texturation, aléatoire ou non, du matériau diélectrique ou d’au moins un des conducteurs électriques, par exemple par abrasion et/ou attaque chimique, ou par une segmentation irrégulière du matériau diélectrique.
De préférence, les discontinuités générées par la texturation génèrent plus de 80% desdits échos secondaires de base.
De préférence, le guide d’ondes comporte deux câbles conducteurs électriquement non coaxiaux.
De préférence, le guide d’ondes satisfait à la condition de diffusion de Rayleigh.
De préférence, lesdites discontinuités de base sont écartées les unes des autres d’une distance, mesurée le long du guide d’ondes, au moins 20 fois inférieure à la longueur d’onde égale à la vitesse de propagation du signal incident divisée par la fréquence du pic le plus élevé du spectre de fréquence du signal incident.
De préférence, l’interrogateur est configuré de manière à mettre en œuvre desdites étapes bl), b2), cl), et c2), une étape d’) et de préférence une dite étape e), suivantes : bl) à un instant « de référence », injection d’un signal incident par ladite extrémité d’entrée ; cl) réception d’un signal réfléchi par le guide d’ondes en réponse à ladite injection, ou « signal réfléchi de référence » ; b2) à un instant « actualisé », injection, par ladite extrémité d’entrée, d’un signal incident identique à celui injecté à l’étape bl) ; c2) réception d’un signal réfléchi par le guide d’ondes en réponse à ladite injection, ou « signal réfléchi actualisé » ; d’) analyse des signaux réfléchis de référence et actualisé de manière à déterminer ladite propriété dudit environnement dans la situation actualisée ; e) émission d’un message relatif à ladite propriété ou à une évolution de ladite propriété par rapport à une situation antérieure à l’instant actualisé.
L’étape d’) est de préférence une étape d), mais n’est pas limitée à une étape d).
Elle peut mettre en œuvre toute méthode d’interférométrie de coda, et/ou une méthode d’élongation (Stretching en anglais) et/ou un algorithme de traitement de signal dit « DTW » ou « Dynamic Time Warping ».
L’étape d’) comporte de préférence une ou plusieurs des caractéristiques préférées de l’étape d). Ainsi, dans un mode de réalisation, l’étape d’) comporte les étapes suivantes de l’étape d) :
1) détermination d’une fonction d’intercorrélation entre
- une portion « de référence » du signal réfléchi de référence, et
- une portion « actualisée » du signal réfléchi actualisé ; les portions de référence et actualisée étant des portions des signaux réfléchis de référence et actualisé, respectivement, délimitées par une même fenêtre de mesure, centrée sur un instant, dit « position de fenêtre », défini par rapport au début des signaux réfléchis de référence et actualisé, le maximum de la fonction d’intercorrélation, ou « corrélation maximale », étant obtenu pour un déphasage appelé « déphasage principal » ;
2) détermination, à partir du déphasage principal et/ou de la corrélation maximale, d’un indice de corrélation, et
3) détermination, à partir dudit indice de corrélation, d’une valeur de ladite propriété dans la situation actualisée et/ou d’une évolution de ladite valeur de ladite propriété, la fenêtre de mesure étant choisie de manière qu’au moins une partie des échos des portions de référence et actualisée soient des échos secondaires de base.
De préférence, l’étape d’) comporte alors les caractéristiques préférées suivantes :
- on détermine la fenêtre de mesure et la position de la fenêtre de mesure de manière que plus de 80% de la portion de référence et plus de 80% de la portion actualisée représentent desdits échos secondaires de base ;
- on détermine la fenêtre de mesure et la position de la fenêtre de mesure de manière que les échos secondaires de base des portions de référence et actualisée présentent des amplitudes et/ou des formes variables aléatoirement ;
- on détermine la fenêtre de mesure et la position de la fenêtre de mesure de manière que les échos secondaires de base des portions de référence et actualisée soient distribués aléatoirement dans la fenêtre de mesure ;
- l’indice de corrélation est de préférence une fonction du rapport du déphasage principal sur la position de la fenêtre de mesure ;
- l’interrogateur est configuré pour mettre en œuvre des étapes 1) et 2) pour plusieurs positions de la fenêtre de mesure successives de manière à rechercher une portion des signaux réfléchi et de référence dans laquelle ledit rapport évolue avec la position de la fenêtre de mesure ;
- aucune position de la fenêtre de mesure est à moins d’un mètre de l’extrémité d’entrée du guide d’ondes ;
- aucune position de la fenêtre de mesure est à moins de 5 mètres de l’extrémité d’entrée du guide d’ondes ;
- à l’étape 3), on détermine la valeur de ladite propriété et/ou ladite évolution de ladite valeur de ladite propriété au moyen d’une table de correspondance établissant une relation entre
- ladite valeur et/ou ladite évolution et
- ledit indice de corrélation ;
- on renouvelle le cycle des étapes 1) à 3) en modifiant à chaque fois la position de la fenêtre de mesure ;
- on réalise des premier et deuxième cycles d’étapes 1) à 2), avec des première et deuxième positions de la fenêtre de mesure, respectivement, de manière à déterminer des premier et deuxième indices de corrélation, respectivement, puis, à l’étape 3), on détermine une différence entre les premier et deuxième indices de corrélation, ou une fonction de ladite différence, puis on détermine, à partir de ladite différence ou de ladite fonction de ladite différence, la valeur de ladite propriété dans la situation actualisée et/ou l’évolution de ladite valeur de ladite propriété ;
- la durée de la fenêtre de mesure est supérieure à une période de référence et inférieure à 6 périodes de référence, la période de référence étant la période correspondant à la fréquence du pic le plus élevé du spectre de fréquence du signal réfléchi de référence.
L’invention concerne encore un procédé de fabrication d’un dispositif de suivi selon l’invention, procédé dans lequel on fabrique ledit guide d’ondes
- en disposant des premier et deuxième conducteurs électriques, de préférence des câbles métalliques, sensiblement parallèlement l’un à l’autre, puis,
- en modifiant localement l’impédance d’au moins un desdits conducteurs électriques par création d’une pluralité de discontinuités, de préférence de formes aléatoires et de préférence distribués aléatoirement, de préférence de plus de 10, de préférence de plus de 40, plus de 60, plus de 100, voire plus de 1000 dites discontinuités par mètre suivant la longueur du guide d’ondes.
Lesdites discontinuités sont de préférence des discontinuités de base. De préférence, on modifie localement l’impédance :
- en modifiant localement la position relative du deuxième conducteur électrique par rapport au premier conducteur électrique, et/ou
- en disposant un ou plusieurs taquets diélectriques contre au moins un desdits premier et deuxième conducteurs électriques, par exemple en insérant localement un isolant diélectrique entre lesdits premier et deuxième conducteurs électriques, et/ou
- en modifiant localement la texture du premier conducteur électrique et/ou du deuxième conducteur électrique et/ou d’un isolant diélectrique disposé entre lesdits premier et deuxième conducteurs électriques.
Dans un mode de réalisation, on modifie localement l’impédance par enfilage de perles, identiques ou différentes, de préférence différentes, en un matériau diélectrique sur le premier conducteur et/ou le deuxième conducteur, de préférence jusqu’à former une gaine de protection segmentée.
De préférence, on marque la ou les parties du guide d’ondes dans lesquelles lesdites discontinuités ont été créées, ou la partie de mesure, par exemple en les revêtant extérieurement d’une couleur spécifique, de manière à permettre une localisation le long du guide d’ondes par observation visuelle dudit guide d’ondes. La mise en place du guide d’ondes dans sa position de service en est facilitée. En outre, il n’est plus nécessaire de disposer de l’écho de fond pour déterminer la position des discontinuités le long du guide d’ondes. Enfin, le risque d’une localisation erronée des discontinuités en cas de déplacement de l’écho de fond, par exemple du fait d’un sectionnement du guide d’ondes ou d’un court- circuit, est avantageusement éliminé.
L’invention concerne aussi une installation comportant :
- un dispositif de suivi selon l’invention et
- une cible constituée d’une pièce cible ou d’un assemblage de pièces cibles, sur laquelle, ou dans laquelle la partie de mesure du guide d’ondes est disposée, de préférence fixée, dans une position dite « de service ».
Dans un mode de réalisation, le dispositif de suivi est utilisé pour détecter une modification de la forme de la cible, par exemple résultant de l’apparition d’une fissure ou d’une délamination. Le guide d’ondes est alors fixé de manière à être déformé sous l’effet de la modification de la forme de la cible. De préférence, le guide d’ondes comporte des dits premier et deuxième conducteurs électriques qui s’étendent suivant la direction de la longueur du guide d’ondes et sont fixés sur des première et deuxième parties de la cible, respectivement, par exemple sur des première et deuxième pièces cibles adjacentes. Le suivi de la corrélation maximale permet alors de détecter un écartement entre ces première et deuxième parties de la cible.
La déformation du guide d’ondes peut également résulter d’une modification de la position d’un ou plusieurs espaceurs diélectriques le long du guide d’ondes. Par exemple, un ou plusieurs espaceurs diélectriques peuvent être montés mobiles, par exemple en translation, sur un ou plusieurs des premier et deuxième conducteurs électriques. Le guide d’ondes peut être alors assemblé à la cible de manière que ladite déformation du guide d’ondes modifie la position du ou des espaceurs diélectriques sur le guide d’ondes. Par exemple, un espaceur peut être fixé sur la première partie de la cible et les conducteurs électriques peuvent être fixés sur la deuxième partie de la cible.
De préférence, ladite pièce cible, voire la cible de l’installation est une pièce de préférence en un matériau céramique ou en un cermet , de préférence choisie dans le groupe constitué par :
- une pièce d’un échangeur thermique,
- une pièce d’un absorbeur solaire,
- une tuile ou une pièce de protection d’une chambre de turbine de combustion,
- une tuile d’un incinérateur,
- une coquille de protection de tube de réchauffeur d’un incinérateur,
- une pièce de revêtement de tuyère,
- une pièce d’un revêtement réfractaire d’un réacteur de fabrication de noir de carbone,
- une couche de revêtement d’une poche de transfert de métal en fusion,
- une pièce ou une couche de revêtement d’un four de cimenterie, notamment un four rotatif,
- une pièce ou une couche de revêtement d’un gazéificateur, notamment un gazéificateur de charbon, un gazéificateur de coke de pétrole, un gazéificateur de biomasse,
- une pièce ou une couche de revêtement d’un reformeur, notamment un reformeur de méthane, un reformeur secondaire,
- un bloc réfractaire de four, - une couche de béton ou de pisé réfractaire d’un revêtement de four,
- une pièce d’accessoire de coulée de métal ou de verre en fusion telle qu’un plongeur ou une rondelle, une busette ou une plaque à tiroir, un panier de coulée (ou « tundish » en anglais), ou une rigole (en anglais « taphole runner») ou un couvre- rigole(« trough cover »),
- un support de cuisson,
- une pièce de protection contre l’abrasion,
- un abrasif,
- un outil de coupe,
- un élément de pompe ou de circuit hydraulique,
- un filtre pour la filtration liquide ou gazeuse,
- une pièce d’un four de verrerie, de préférence choisie dans le groupe formé par un bloc ou linteau de gorge, un bloc de cuve, une brique ou un bloc de mur ou de côté, un bloc de coin ou d’angle, une brique à nez, un bloc ou une dalle de sole, une brique ou un sommier de voûte, une brique ou un bloc d’entourage de tuyère, une brique de trou ou chenal de coulée, un bloc porte électrode, une pièce de bec réfractaire de four verrier, un bloc d’injecteur, une gorge de four de verrerie,
- une pièce d'un four métallurgique, de préférence choisie dans le groupe formé par un bloc de cuve, une brique ou un bloc de mur ou de côté, un bloc de coin ou d’angle, un bloc ou une dalle de sole, une brique ou un sommier de voûte, une brique ou un bloc d’entourage de tuyère, une brique de trou ou chenal de coulée, un bloc porte électrode, un bloc de trou de coulée, un bloc brûleur, un bloc ou un tube de four à moufle, un tube protecteur d’un thermocouple, un tube thermoplongeur, un tube de transport de métal en fusion,
- un bloc de cuve d’électrolyse pour la synthèse de métaux, en particulier un bloc latéral de cuve ;
- un bloc de cathode ou d’anode de cuve d’électrolyse pour la synthèse de métaux,
- un tube de récupération de chaleur, en particulier un tube radiant,
- un tube de protection d’élément chauffant.
De préférence, le pièce cible est une pièce de four.
Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l’examen du dessin annexé dans lequel :
- [Fig 1] la figure 1 représente schématiquement un exemple de dispositif de suivi selon l’invention, dans une position de service ;
- [Fig 2] la figure 2 représente un exemple de signal réfléchi ;
- [Fig 3] la figure 3 illustre schématiquement une analyse d’un signal réfléchi pour évaluer une propriété de l’environnement ;
- [Fig 4] la figure 4 représente des fonctions de corrélation obtenues avec le signal réfléchi représenté sur la figure 3, pour différentes positions de la fenêtre de mesure ;
- [Fig 5] la figure 5 représente la variation d’un indice de corrélation lorsque la fenêtre de mesure parcourt le signal réfléchi ;
- [Fig 6] la figure 6 représente la variation d’un autre indice de corrélation lorsque la fenêtre de mesure parcourt le signal réfléchi ;
- [Fig 7] la figure 7 illustre différents modes de réalisation possibles pour un guide d’ondes comportant des perles ;
- [Fig 8] la figure 8 illustre différents modes de réalisation possibles pour le guide d’ondes. Des références identiques sont utilisées pour désigner des organes identiques ou similaires.
Définitions
Une texturation consiste à créer sur une surface des microreliefs d’une hauteur de préférence supérieure à un dixième ou à un centième du diamètre extérieur du guide d’ondes, ou du diamètre d’un conducteur électrique du guide d’ondes. Les microreliefs ont de préférence une hauteur supérieure à 0,05 mm, de préférence supérieure à 0,1 mm, de préférence supérieure à 0,2 mm, de préférence supérieure à 0,2 mm, de préférence supérieure à 0,5 mm, voire supérieure à 0,8 mm, et/ou inférieure à 3 mm, inférieure à 2 mm ou inférieure à 1 mm.
Une région du guide d’ondes « correspond » à une portion d’un signal réfléchi lorsqu’elle est à l’origine de la portion du signal réfléchi, c'est-à-dire qu’elle a réfléchi le signal incident pour générer la portion du signal réfléchi.
Le diamètre équivalent d’un guide d’ondes ou d’un conducteur d’un guide d’ondes est le diamètre d’un disque présentant la même surface que la section transversale du guide d’ondes ou du conducteur du guide d’ondes, respectivement.
Un plan transversal est un plan perpendiculaire à la direction de la longueur. La « fenêtre de mesure » est un intervalle sur l’axe du temps d’un graphique représentant simultanément les signaux réfléchi et de référence, le début de ces signaux étant l’instant 0 (to) sur cet axe (voir figure 3). La fenêtre de mesure a une durée et une position. Cette position est définie, sur l’axe du temps, par la position du milieu de la fenêtre par rapport au début des signaux réfléchis.
Un tube radiant est un tube, classiquement en forme de U voire de W, qui entoure un brûleur à gaz servant à la recuisson de plaques d’acier. Un tube radiant permet de concentrer les gaz de combustion et de capter la chaleur émise par le brûleur afin de la restituer dans la chambre du four de recuisson. Les contraintes thermiques sont extrêmement élevées et la maitrise des gradients thermiques rend particulièrement utile un dispositif selon l’invention. Un tube radiant peut en particulier comprendre un matériau céramique tel que du SiC, ce qui lui permet de résister à de tels gradients et d'être performant du fait de sa conductivité thermique élevée.
Les adjectifs « premier », « deuxième », « de référence » ou « actualisé » ne sont utilisés qu’à des fins de clarté.
Les moyennes sont des moyennes arithmétiques.
« Local » ou « localement » servent à qualifier une caractéristique ou une action qui ne porte que sur une fraction du guide d’ondes, par exemple sur une fraction d’une longueur inférieure à 5 cm, 1 cm ou 1 mm. Sur cette fraction, cette caractéristique ou cette action sont constantes.
On entend classiquement par « matériau céramique » un matériau qui n’est ni métallique, ni organique. Dans un mode de réalisation préféré, un verre d’oxydes et le carbone (sous différentes formes, cristallisée ou non) sont considérés comme des matériaux céramiques.
« Comporter » ou « comprendre » ou « présenter » doivent être interprétés de manière non limitative.
Description détaillée
L’invention utilise les principes bien connus de la réflectométrie électrique temporelle ou fréquentielle (« electrical time domain reflectometry » ou « electrical frequency domain reflectometry » en anglais respectivement, ou « E-TDR » ou « E-FDR », respectivement). Classiquement, un émetteur émet un signal incident, sous la forme d’une impulsion, dans le milieu conducteur électriquement. Ce dernier renvoie un signal réfléchi, qui est ensuite analysé afin d’en déduire des informations sur le milieu conducteur.
Le milieu conducteur peut être en particulier un guide d’ondes électromagnétiques. En présence d’une discontinuité d'impédance, par exemple une variation physico-chimique significative du milieu entrainant une variation locale d’impédance, une partie du signal incident est réfléchie vers l’émetteur, ce qui permet d’identifier et d’analyser cette variation.
L’article “Distributed temperature sensing with unmodified coaxial cable based on random reflections in TDR signal” par Baokai Chen et al, 2019 Meas. Sci. Technol. 30 015105, décrit l’application de la réflectométrie électrique temporelle pour analyser les bruits dans un câble co-axial afin d’évaluer des faibles températures.
Des applications de la réflectométrie sont par exemple décrites
- dans US5609059, pour évaluer le niveau de liquide dans un réservoir,
- JPH11264706A, pour évaluer l’épaisseur résiduelle d’un revêtement réfractaire,
- WO2019210389A1, pour contrôler l’état de constructions en béton, ou
- US9970969B 1 pour détecter des variations d’humidité du sol.
Ces solutions de l’art antérieur sont bien adaptées à la détection d’un défaut franc, par exemple d’une rupture du guide d’ondes, mais pas au suivi d’une propriété d’un environnement en de nombreux points.
Par ailleurs, l’analyse du signal réfléchi est gênée par la présence de bruit, l’objectif étant de comparer le signal réfléchi avec le signal émis.
Enfin, ces solutions sont souvent intrusives et peuvent affaiblir la structure dans laquelle le guide d’ondes est disposé.
Application
L’invention est destinée au suivi d’une propriété d’un environnement.
Environnement
L’invention n’est pas limitée au suivi d’un environnement particulier.
L’utilisation d’un guide d’ondes électromagnétiques permet avantageusement un suivi d’un environnement à une température élevée, par exemple à plus de 100°C, plus de 125°C, plus de 200°C ou plus de 300°C. Un guide d’ondes en métal gainé d’une gaine en polymère permet par exemple un suivi dans un environnement jusqu’à 300°C. Dans un mode de réalisation, l’environnement est défini, partiellement ou totalement, par la matière d’une pièce cible ou d’un assemblage de pièces cibles.
L’environnement à surveiller peut être constitué de la pièce cible ou dudit assemblage si la partie de mesure est logée à l’intérieur de la pièce cible ou dudit assemblage. Sinon, il peut également comporter une autre pièce ou un environnement gazeux, par exemple de l’air ambiant. De préférence, le guide d’ondes est disposé de manière que la variation d’impédance générée par les discontinuités résulte principalement, voire sensiblement exclusivement d’une modification de la propriété dans la partie de la pièce cible en contact avec le guide d’ondes.
Dans un mode de réalisation, l’environnement est délimité par une enveloppe virtuelle qui s’étend à moins de 200 cm, moins de 100 cm, moins de 50 cm, moins de 30 cm, moins de 20 cm, moins de 10 cm ou moins de 5 cm du guide d’ondes.
Sur la figure 1, l’environnement du guide d’ondes 12 est constitué de la pièce cible 22 et d’air environnant.
Propriété
La propriété mesurée est de préférence choisie parmi la température, l’humidité, la composition chimique, et la pression de l’environnement.
En particulier, la propriété peut être relative à l’état physique de la pièce cible, par exemple relatif à la présence d’un endommagement structurel, par exemple d’un écaillage, d’une fissure interne, ou d’un changement d’une phase du matériau constituant la pièce cible ou d’un assemblage comprenant plusieurs pièces cibles, par exemple dû à une infiltration ou à une attaque corrosive.
L’environnement peut être solide, liquide ou gazeux.
Dispositif de suivi
Guide d’ondes électromagnétiques
Le guide d’ondes 12 (figure 1) présente la forme d’une ligne de transmission, par exemple la forme générale d’une bande ou d’un câble, qui s’étend depuis une extrémité d’entrée 12e jusqu’à une extrémité de sortie 12s. Elle comporte :
- une partie de mesure 14, qui comporte les discontinuités utilisées pour la mesure, c'est-à- dire dans l’environnement dont on cherche à suivre une propriété, et - une partie de transmission 16, qui est utilisée pour connecter la partie de mesure 14 à un interrogateur 18.
La longueur du guide d’ondes, et de préférence de la partie de mesure, est de préférence supérieure à 1 m, de préférence supérieure à 2 m, de préférence supérieure à 5 m, de préférence supérieure à 10 m, supérieure à 15 m, supérieure à 20 m, et/ou inférieure à 200 m, voire inférieure à 100 m, de préférence inférieure à 50 m.
De préférence, un conducteur, de préférence chaque conducteur, voire le guide d’ondes
- présente un diamètre équivalent ou,
- pour un conducteur ou un guide d’ondes présentant la forme d’une bande, présente une épaisseur inférieur(e) à 10 millimètres, inférieur(e) à 5 mm, et/ou de préférence supérieur(e) à 1 mm.
Le guide d’ondes comporte des premier et deuxième conducteurs électriques, 12i et 122 respectivement, par exemple sous la forme d’un câble comportant un ou plusieurs fils, d’un assemblage de câbles ou d’une bande.
Chaque conducteur comporte :
- une extrémité d’entrée (c'est-à-dire à l’extrémité d’entrée du guide d’ondes) électriquement connectée à une borne respective de l’interrogateur 18, et,
- à l’extrémité de sortie du guide d’ondes, une extrémité de sortie libre.
Les extrémités de sortie ne sont pas électriquement connectées l’une à l’autre, de sorte que les conducteurs ne forment pas un circuit électrique, comme dans un dispositif de mesure résistive, dans lequel un courant continu ou alternatif circule.
Le matériau des conducteurs est de préférence un métal conducteur tel que Al, Cu ou un acier ou un alliage métallique. Il peut être également une céramique ou un cermet. En particulier, pour une application dans un environnement à haute température, les conducteurs peuvent être
- en inconel (par exemple les alliages 625 et 690), utilisable jusqu’à 1100°C,
- en platine,
- en Kanthal de type FeCr, par exemple le KANTHAL APM, utilisable jusqu’à 1425 °C,
- en tungstène,
- en rhodium,
- en ruthénium,
- en palladium. Un conducteur en un métal revêtu d’oxyde réfractaire conducteur de SnCU ou de Spinelle CnOs-MgO ou de pérovskite ou de carbure de métalloïde ou de métal peut convenir à des très hautes températures.
Alternativement ou en complément, le guide d’ondes et/ou chaque conducteur peut être inséré dans une gaine de protection, éventuellement segmentée, afin de protéger les conducteurs de la chaleur et/ou de la corrosion et/ou d’attaques chimiques.
La gaine de protection peut être notamment en polymère (par exemple en PET ou en PE), ou en céramique, notamment en alumine, notamment pour un environnement à une température supérieure à 400°C.
La gaine de protection est de préférence en un matériau présentant un coefficient d’expansion thermique sensiblement identique à celui du matériau des conducteurs.
De préférence, le coefficient d’expansion thermique du guide d’ondes, de préférence au moins de la partie de mesure, est sensiblement identique à celui de la cible (+/-20%, de préférence +/-10%).
Le guide d’ondes, et en particulier au moins la partie de mesure, peut également être fixé sur un support 20, par exemple une plaque, lui-même au contact de la pièce cible 22. Le support est de préférence au moins en partie en un matériau constitué de fibres liées entre elles par une matrice céramique, dit « composite à matrice céramique ». Les fibres et la matrice céramique seront choisies selon l’environnement où le composite à matrice céramique doit être placé, notamment en fonction des conditions de température, de corrosion, de cyclage thermique, de dilatation, et suivant la nature de la pièce cible à garnir.
L’agencement des fibres est choisi en fonction de la forme souhaitée pour le composite à matrice céramique, et de la facilité pour y fixer ou y insérer les conducteurs. Par exemple, un empilement de tissés ou de nappes de fibres est bien adapté pour des plaques simples, un enroulement filamentaire est bien adapté pour des plaques ayant une géométrie de révolution, un placement filamentaire est bien adapté pour des formes complexes de grandes dimensions.
La résistivité électrique des conducteurs est de préférence inférieure à 10 micro-ohm. m dans le domaine de température de l’environnement, de préférence entre 20 et 1000°C.
Selon un premier mode de réalisation, chaque conducteur est formé d’un câble formé d’un ou plusieurs fils. Les deux câbles sont non coaxiaux et maintenus à distance l’un de l’autre par un isolant diélectrique, de préférence présentant une résistivité électrique supérieure à 10, 50, 100 ou 1000 fois celles des conducteurs.
Selon un deuxième mode de réalisation, qui n’est pas préféré, le guide d’ondes est formé d’un câble coaxial, par exemple de type BNC, comprenant un fil ou manchon interne formant le premier conducteur et un manchon externe formant le deuxième conducteur, les deux manchons étant séparés par un manchon intermédiaire isolant électriquement. Il est possible de créer des discontinuités 24 en modifiant l’état de surface du manchon isolant, par exemple en créant des rugosités. Une autre voie consiste à créer des discontinuités aléatoires sur le manchon externe, par exemple par abrasion (sans stopper la conduction électrique au sein du manchon externe).
Quel que soit le mode de réalisation, l’absence de contact électrique direct entre les deux conducteurs peut être facilitée par l’interposition d’un isolant diélectrique 25, par exemple en mica ou un dérivé de mica, en titane en baryum, en mullite, en cordiérite ou en alumine.
L’isolant diélectrique peut être monobloc ou être constitué d’un assemblage de plusieurs taquets diélectriques. De préférence, les taquets diélectriques sont interposés entre les conducteurs, les taquets présentant de préférence la forme de perles enfilées sur au moins un des conducteurs, de préférence sur les deux conducteurs.
Les taquets diélectriques peuvent présenter des formes et/ou des dimensions identiques ou différentes et/ou être en des matériaux identiques ou différents. Même si les taquets diélectriques apparaissent identiques, aucun taquet n’est complètement identique à un autre. Il est ainsi possible de créer des discontinuités 24, et en particulier des discontinuités de base, de manière aléatoire.
H est aussi possible de créer des discontinuités 24 en modifiant l’état de surface de l’isolant diélectrique 25 (texturation), par exemple en créant des rugosités. Une autre voie consiste à créer des discontinuités aléatoires sur l’isolant diélectrique 25, par exemple par abrasion.
La distance prédéterminée entre les deux conducteurs électriques est de préférence sensiblement constante. Les deux conducteurs sont de préférence parallèles hormis, éventuellement, dans les zones des discontinuités. Des défauts locaux de parallélisme peuvent être ménagés pour créer des discontinuités, et en particulier des discontinuités de base. Les taquets diélectriques, et en particulier les perles, peuvent présenter une longueur, mesurée suivant la longueur du guide d’ondes, supérieure à 10 mm, 15 mm ou 20 mm et/ou inférieure à 100 mm ou 50 mm.
Le guide d’ondes satisfait de préférence à la condition de diffusion de Rayleigh afin que les régions ayant réfléchi les échos secondaires de base puissent être facilement localisées. De préférence, les discontinuités 24 de base sont écartées les unes des autres d’une distance, mesurée le long du guide d’ondes, au moins 20 fois, de préférence au moins 15 fois, de préférence au moins 10 fois inférieure à la longueur d’onde de référence, égale à la vitesse de propagation du signal incident, d’environ 200 000 km/s pour une onde électromagnétique, divisée par la fréquence du pic le plus élevé du spectre de fréquence du signal incident. Par exemple, pour une longueur d’onde de référence d’une quinzaine de centimètres, des taquets ou des perles d’une longueur inférieure à 3 cm, de préférence inférieure à 2 cm ou à 1 cm sont bien adaptées. Par exemple, pour un signal incident de fréquence de 1 GHz, des perles d’alumine de longueur inférieure à 10 mm et enfilées sur des fils de platine produisent à des échos secondaires de trop faible amplitude, tandis que des perles de longueur supérieure à 100 mm produisent des échos secondaires francs.
Cette distance peut être en particulier définie par la longueur de taquets diélectriques, en particulier de perles enfilées sur le guide d’ondes.
La fréquence du signal incident est classiquement adaptée à la longueur de la partie de mesure. La longueur d’onde du signal incident est classiquement inférieure à la longueur de la partie de mesure du guide d’ondes. Le rapport de la longueur d’onde du signal incident sur la longueur de la partie de mesure du guide d’ondes est de préférence compris entre 0,1 et 0,9 de préférence compris entre 0,1 et 0,5, de préférence compris entre 0,1 et 0,3.
De préférence, la longueur de la partie de mesure du guide d’ondes n’est pas un multiple de la longueur d’ondes du signal incident afin d’éviter les problèmes de résonance.
Par exemple, la fréquence du signal incident peut être de 1 GHz (correspondant à une longueur d’onde de 20 cm environ) pour une longueur de la partie de mesure du guide d’ondes comprise entre 10 et 15 m, pour une mesure à 600°C ou plus.
Pour générer suffisamment d’échos secondaires de base, la longueur des taquets est ensuite de préférence adaptée, en fonction de la fréquence du signal de référence incident, de manière à respecter la condition de diffusion de Rayleigh. Les taquets diélectriques, et en particulier les perles, présentent de préférence une largeur, c'est-à-dire une plus grande dimension dans un plan transversal à la direction de leur longueur, supérieure à 1 mm, 2 mm ou 3 mm et/ou inférieure à 10 mm ou 5 mm.
La figure 7 illustre différents modes de réalisation possibles pour le guide d’ondes. En particulier, elle illustre des modes de réalisation dans lesquels :
- des perles 23 sont enfilées sur un seul des premier et deuxième conducteurs (7E) ou sur les deux premier et deuxième conducteurs (7A-7D) ;
- des perles 23 sont enfilées pour former une gaine de protection 27 segmentée (7A, 7C- 7E) ou non (7B), sur les deux premier et deuxième conducteurs (7A-7D), pour un (7E) ou pour les deux conducteurs ;
- des perles 23 de forme identiques (7A, 7D) ou différentes (7B, 7C, 7E) sont enfilées ;
- des perles 23 ayant des surfaces texturées de la même façon (7A-7C, 7E) ou non (7D) sont enfilées ;
- un ou plusieurs des conducteurs s’étendent symétriquement par rapport à l’axe de chaque perle 23 (7 A, 7B, 7C, 7D) ou non (7E) ;
- un ou plusieurs des conducteurs s’étendent parallèlement à l’axe de chaque perle 23 (7A- 7E) ou non.
Les variations de forme et de composition des perles et les variations de positionnement des perles par rapport aux conducteurs permettent de rendre aléatoires les discontinuités qu’elles génèrent.
Les perles facilitent également l’identification de régions générant des échos secondaires de base, et servent donc de marques d’identification.
Discontinuités
Une « discontinuité » est une partie du guide d’ondes apte à renvoyer un écho spécifique en réponse à un signal incident, de préférence sous la forme d’une faible variation de potentiel électrique. Cet écho est modifié lorsque l’impédance de la discontinuité varie, notamment lorsqu’elle est soumise à une modification de la propriété de son environnement local (c'est- à-dire dans la région de la discontinuité). La discontinuité peut en particulier résulter d’une variation locale de la structure et/ou de la composition du guide d’ondes, et en particulier d’un des conducteurs du guide d’ondes, et/ou d’un isolant disposé entre lesdits conducteurs.
L’impédance d’une discontinuité peut en particulier être modifiée lorsque la forme et/ou la température locale du guide d’ondes, et/ou la nature de l’environnement local, c'est-à-dire autour de la discontinuité est/sont modifié(s). Si un seul des facteurs de modification de la discontinuité est modifié, par exemple la température locale, il existe par conséquent un lien entre l’impédance, et donc l’écho, et la valeur de ce facteur. L’invention propose une façon efficace et fiable pour établir un lien entre un écho et ce facteur.
Les discontinuités 24 peuvent être obtenues par modification de la surface et/ou du matériau constitutif d’un ou des deux conducteurs et/ou de l’isolant diélectrique, par exemple par une modification superficielle par abrasion, par une attaque chimique, par l’ajout d’un dopant dans le matériau.
Le nombre de discontinuités, en particulier de discontinuités de base, par mètre de guide d’ondes est de préférence supérieur à 10, supérieur à 20, supérieur à 30, supérieur à 40 ou supérieur à 50, et/ou inférieur à 10000, inférieur à 1000, inférieur à 500, inférieur à 100. Avantageusement, il est ainsi possible d’évaluer la propriété de l’environnement sensiblement sur toute la longueur du guide d’ondes, et avec une bonne précision.
De préférence, la distance entre deux discontinuités 24 quelconques, en particulier de deux discontinuités de base quelconques, successives le long du guide d’ondes 12, est inférieure à 1/100 de la longueur d’onde du signal incident (égale à la vitesse de propagation du signal incident, d’environ 200000 km/s pour une onde électromagnétique, divisée par la fréquence du pic le plus élevé du spectre de fréquence du signal incident .
Cette distance est de préférence supérieure à 10 mm, 15 mm ou 20 mm et/ou inférieure à 100 mm ou 50 mm.
La sensibilité de l’information fournie par l’interrogateur en est avantageusement améliorée.
L’utilisation des discontinuités renvoyant une faible variation de potentiel électrique permet d’éviter de devoir créer des fortes discontinuités, susceptibles d’amortir fortement le signal incident, et donc d’empêcher un suivi sur toute la longueur du guide d’ondes. De préférence, plus de 50%, de préférence plus de 80%, de préférence plus de 90% des discontinuités renvoient des échos secondaires de base et/ou de bruit, de préférence des échos secondaires de base.
L’exploitation de ces faibles variations aléatoires de potentiel électrique va à l’encontre des développements de la réflectométrie électrique, pour laquelle le bruit est considéré comme préjudiciable. De préférence, on ajoute des discontinuités de manière aléatoire dans le guide d’ondes. Les discontinuités sont variables, c'est-à-dire qu’elles ne renvoient pas tous le même écho lorsqu’elles reçoivent un même signal incident. De préférence encore, la variation des discontinuités, en particulier de discontinuités de base, est aléatoire.
De préférence, les discontinuités ne sont pas distribuées régulièrement le long du guide d’ondes. De préférence, les discontinuités, en particulier de discontinuités de base, sont distribuées aléatoirement le long du guide d’ondes.
Le caractère aléatoire de la distribution ou de l’intensité des discontinuités évite avantageusement le risque de créer une accumulation d’échos secondaires de même période, susceptible d’amortir fortement le signal incident.
Avec des discontinuités de base et dans les conditions de diffusion de Rayleigh, il est ainsi possible de réaliser des mesures précises sur une longueur supérieure à 1 m, de préférence supérieure à 2 m, de préférence supérieure à 5 m, de préférence supérieure à 10 m, supérieure à 15 m, ou supérieure à 20 m, et/ou inférieure à 500 m, par exemple sur toute la longueur de la partie de mesure.
La partie de mesure du guide d’ondes peut s’étendre sensiblement parallèlement à la surface extérieure d’une cible, c'est-à-dire d’une pièce cible ou d’un assemblage de pièces cibles, et/ou sensiblement perpendiculairement à ladite surface extérieure, la partie de mesure pénétrant à l’intérieur de la cible.
De préférence, la cible est équipée de plusieurs parties de mesure, de préférence parallèles les unes aux autres, de manière que la densité de discontinuités, de préférence la densité de discontinuités de base, sur la surface équipée soit supérieure à 3, de préférence supérieure à 10, de préférence supérieure à 50, de préférence supérieure à 100, de préférence supérieure à 1000, de préférence supérieure à 2000 discontinuités et/ou inférieure à 1 000 000, de préférence inférieure à 1 000 000, de préférence inférieure à 500 000, de préférence inférieure à 100 000, de préférence inférieure à 10 000, de préférence inférieure à 5000, par m2 de surface.
La fiabilité de l’analyse à l’étape d) en est améliorée.
De préférence, les parties de mesure forment une nappe s’étendant suivant une surface courbe ou plane, de préférence plane, chaque guide d’ondes correspondant étant de préférence connecté à un interrogateur qui lui est propre. Notamment dans le cas d’un assemblage de plusieurs pièces cibles, le dispositif de mesure peut comprendre de 1, plus de 2, de préférence plus de 3, de préférence plus de 5 dites nappes, lesdites nappes étant de préférence parallèles les unes aux autres et de préférence régulièrement écartées les unes des autres suivant une direction perpendiculaire à une surface de l’assemblage, la distance entre deux nappes successives étant de préférence inférieure à 10 cm, 5 cm, ou 2 cm.
Interrogateur
Les extrémités d’entrée des conducteurs électriques du guide d’ondes sont connectées électriquement à l’interrogateur 18, ou « réflectomètre ». L’interrogateur est configuré pour :
- injecter les signaux incidents par établissement d’une variation de la différence de potentiel entre les deux conducteurs du guide d’ondes ; et
- analyser les signaux réfléchis en réponse aux signaux incidents.
L’interrogateur 18 comporte classiquement un émetteur/récepteur 26 et un module de commande 28 (figure 1). Le module de commande 28 comporte classiquement un processeur et une mémoire dans laquelle est chargé un programme d’ordinateur. Grâce à ce programme d’ordinateur, le processeur peut commander l’émission des signaux incidents et analyser les signaux réfléchis reçus afin d’identifier les échos renvoyés par les discontinuités.
L’interrogateur peut être par exemple un générateur de tension couplé à un oscilloscope permettant la réception et l’analyse des signaux réfléchis. L’interrogateur peut être un analyseur de réseau pourvu d’un logiciel tel que « VNA software » pour la génération du signal incident et l’analyse du signal réfléchi.
Procédé de détermination
Un procédé selon l’invention comporte les étapes a) à d).
A l’étape a), on introduit un guide d’ondes électromagnétique 12 dans l’environnement dont on souhaite assurer le suivi.
Fixation du guide d’ondes
Le guide d’ondes, et en particulier la partie de mesure, peut être immobilisé dans ledit environnement.
Au moins une partie du guide d’ondes, de préférence au moins la partie de mesure, peut s’étendre dans un renfoncement, de préférence une rainure, ménagée sur une face de la cible ou, de préférence, est en contact avec une surface extérieure de la cible, de préférence contre une face froide de la cible.
La partie de mesure peut être en particulier fixée sur la cible par insertion dans une rainure ou plusieurs points de fixation, chaque point de fixation ayant une longueur, le long du guide d’ondes de préférence inférieure à 5 cm, à 3 cm, à 2 cm, à 1 cm, ou à 0,5 cm.
Dans un mode de réalisation, le guide d’ondes n’est pas rectiligne entre deux points de fixation, à température ambiante. De préférence, la longueur du guide d’ondes entre deux points de fixation successifs est supérieure à 1,05 fois, de préférence supérieure à 1,1 fois et/ou de préférence inférieure à 1,5 fois, de préférence inférieure à 1,4 fois, de préférence inférieure à 1,3 fois la distance entre lesdits points de fixation. Avantageusement, le guide d’ondes peut ainsi s’adapter à des variations dimensionnelles de la ou des pièces cibles sur lesquelles il est fixé.
Dans un mode de réalisation, la partie de mesure s’étend au moins en partie, de préférence complètement à l’intérieur de la cible. Ce mode de réalisation est bien adapté lorsque la cible est un bloc façonné à partir d’un mélange de grains qui est mis en forme puis soumis à un traitement thermique de consolidation compatible avec la résistance mécanique et thermique du matériau du guide d’ondes. Un tel mélange peut être par exemple un béton, un ciment, un pisé ou un coulis, la partie de mesure étant intégrée pendant la fabrication de la cible.
La partie de mesure peut être encore logée entre la cible et une couche en un autre matériau, par exemple une couche isolante électriquement et/ou thermiquement. La partie de mesure peut également être insérée dans ladite couche, qui sert alors de support, ou être prise en sandwich entre deux couches disposées successivement sur la cible.
Les étapes bl) et b2) sont similaires, de même que les étapes cl) et c2). Elles ne diffèrent qu’en ce que l’environnement est différent entre
- les étapes b 1) et cl) qui sont réalisées, à un instant de référence, dans une situation de référence, par exemple alors que le guide d’ondes est à 20°C, et
- les étapes b2) et c2) qui sont réalisées, à un instant actualisé, dans une situation actualisée, par exemple alors que le guide d’ondes est au moins partiellement à 600°C.
L’instant de référence peut être antérieur ou postérieur à l’instant actualisé. De préférence, il est antérieur à l’instant actualisé. Le procédé de détermination selon l’invention peut être en particulier mis en œuvre pour un suivi de l’environnement, à différents instants actualisés. Autrement dit, on réalise initialement des étapes bl) et cl), puis on renouvelle les étapes b2) et c2), d) et optionnellement e) à différents instants actualisés.
Aux étapes bl) et b2), on injecte, avec l’interrogateur, un signal incident par l’extrémité d’entrée du guide d’ondes.
Tout signal incident peut être envisagé, pourvu qu’il soit identique pour les deux étapes bl) et b2). Il est de préférence choisi pour minimiser les perturbations qu’il induit sur les propriétés du matériau diélectrique du guide d’ondes, et en particulier éviter un « claquage » du matériau diélectrique.
Le signal incident prend de préférence la forme d’une impulsion ou « dirac », en particulier si, à l’étape 1), les fonctions d’intercorrélation portent sur l’amplitude des signaux réfléchis.
Le signal incident peut prendre la forme d’une onde périodique de forme quelconque.
Le signal incident peut être répété.
De préférence, l’amplitude maximale du signal incident est comprise entre 0,1 et 100 V, de préférence inférieure à 10 V, de préférence inférieure à 1 V.
La fréquence du pic le plus élevé dans un spectre de fréquence du signal incident est de préférence supérieure à 10 KHz, de préférence supérieure à 100 KHz, de préférence supérieure à 1 MHz, de préférence supérieure à 100 MHz, de préférence supérieure à 200 MHz, de préférence supérieure à 1 GHz, et/ou inférieure à 50 GHz, de préférence inférieure à 30 GHz, de préférence inférieure à 20 GHz, de préférence inférieure à 10 GHz, de préférence inférieure à 6 GHz, de préférence inférieure à 4 GHz.
Les signaux incidents peuvent être envoyés sous forme de trains de signaux comportant de préférence une série de signaux périodiques de fréquences variables selon le signal périodique considéré.
Chaque signal incident se propage dans le guide d’ondes jusqu’à l’extrémité de sortie du guide d’ondes. A chaque discontinuité, une partie du signal incident, ou « écho », est réfléchie vers l’extrémité d’entrée. Tous les échos renvoyés vers l’extrémité de sortie constituent ensemble le signal réfléchi associé au signal incident.
Aux étapes cl) et c2), l’interrogateur reçoit un signal réfléchi de référence et actualisé, respectivement, associé au signal incident. La figure 2 illustre un exemple de signal réfléchi, l’axe des ordonnées donnant l’amplitude en Volt (V) et l’axe des abscisses donnant le temps écoulé depuis l’instant to de réception du signal réfléchi, en centaines de nanosecondes (10-7 s).
On distingue en particulier l’écho d’émission renvoyé par l’extrémité d’entrée (visible sur la figure 3), l’écho de fond 30 renvoyé par l’extrémité de sortie, un écho secondaire franc 32 renvoyé par un défaut franc, par exemple un endommagement du guide d’ondes, un ensemble d’échos secondaires de bruit 33 et un ensemble d’échos secondaires de base 34 renvoyés par des discontinuités de base. Les échos secondaires de bruit 33 et de base 34 sont de faibles amplitudes, et sont d’amplitudes et de formes diverses. Dans ce mode de réalisation, les échos secondaires de base sont regroupés dans la partie 35 du signal réfléchi. Lorsque la fenêtre de mesure est dans cette partie 35 du signal réfléchi, les échos dans cette fenêtre sont donc majoritairement des échos secondaires de base.
A l’étape d), l’interrogateur analyse les signaux réfléchis de référence et actualisé de manière à déterminer ladite propriété dudit environnement et/ou une évolution de ladite propriété.
De préférence, l’analyse de l’étape d) comporte les étapes 1) à 3).
A l’étape 1), on détermine une fenêtre de mesure et une position pour cette fenêtre sur l’axe des temps, de manière à définir
- une portion « de référence », Pn, pour le signal réfléchi de référence (en traits plein sur la figure 3), acquis à l’instant de référence, et
- une portion « actualisée », Pai, pour le signal réfléchi actualisé (en traits interrompu sur la figure 3), acquis à l’instant actualisé.
La position de la fenêtre de mesure est définie, sur le graphique représentant les signaux réfléchis de référence et actualisé, relativement à l’instant to qui marque le début des signaux réfléchis. La fenêtre de mesure est, dans l’exemple considéré, une plage temporelle [ti-t ] définie en référence à l’instant to sur lequel le début de tout signal réfléchi est calé.
Les portions du signal réfléchi de référence et du signal réfléchi actualisé sont les parties de ces signaux réfléchis qui s’étendent dans la fenêtre de mesure.
Les portions du signal réfléchi de référence et du signal réfléchi actualisé contiennent donc les échos renvoyés par les mêmes discontinuités du guide d’ondes, dans une première région Ri du guide d’ondes. Lorsque les signaux réfléchis de référence et actualisés sont représentés sur un graphique, comme sur le graphique en haut de la figure 3, l’abscisse étant le temps écoulé à partir du début de ces signaux (instant to), les portions de référence et actualisée, délimitées par des limites de la fenêtre de mesure (cadre Fi), sont donc des parties de ces signaux réfléchis qui s’étendent entre les instants ti et tf .
Le signal réfléchi de référence est le signal réfléchi dans la situation de référence, c'est-à- dire lorsque le guide d’ondes est dans un environnement « de référence », en réponse au signal incident. De préférence, la propriété à évaluer est connue, dans l’environnement de la situation de référence, au moins dans la région du guide d’ondes qui a renvoyé les portions de référence et actualisée. Dans l’exemple de la figure 3, l’environnement de référence est à 20°C tout au long du guide d’ondes.
On détermine ensuite la fonction d’intercorrélation entre les portions de référence et actualisée pour cette position de la fenêtre de mesure.
Une fonction d’intercorrélation se représente classiquement sous la forme d’une courbe telle que celle représentée sur la figure 4, avec
- un pic principal, sensiblement centré sur un « déphasage principal » dt en abscisse, le sommet du pic principal définissant une « corrélation maximale », et
- des pics plus petits, de chaque côté du pic principal.
Sur la figure 4, la corrélation en ordonnées est normalisée par rapport à une corrélation obtenue lorsque le guide d’ondes est entièrement dans un environnement à 20°C.
La fonction d’intercorrélation entre les portions de référence et actualisée produit donc, pour la fenêtre de mesure correspondant au cadre Fi, un pic principal Pi, centré sur un déphasage principal dti et ayant une corrélation maximale Ci.
De préférence, pour déterminer le déphasage principal et la corrélation maximale, on met en œuvre une méthode d’interférométrie de coda, en anglais « CWI » ou « Coda Wave Interferometry ». Cette méthode est notamment décrite dans l’article « The Theory of Coda Wave Interferometry » par Roel Snieder, Pure appl. geophys. 163 (2006) 455-473 0033- 4553/06/030455-19.
La méthode d’interférométrie de coda est utilisée en particulier en sismique, comme décrit dans la publication « Coda Wave Interferometry for Estimating Nonlinear Behavior in Seismic Velocity », par Snieder et al., dans Science vol 295 de 2002. Les signaux incidents injectés pour obtenir les signaux réfléchis de référence et actualisés sont identiques. Si la propriété de l’environnement a évolué, dans la région des discontinuités correspondant à la fenêtre de mesure ou en amont de cette région, entre les instants de référence et actualisé, cette évolution conduit à une modification de la forme de la fonction d’intercorrélation.
Cette modification de forme se traduit par une modification d’un ou plusieurs indices de corrélation. En particulier, le déphasage principal et/ou la corrélation maximale évoluent en fonction de ladite évolution de la propriété de l’environnement.
A l’étape 2), on détermine un ou plusieurs indices de corrélation, de préférence la corrélation maximale et/ou le déphasage principal.
A l’étape 3), on détermine, à partir de la valeur du ou desdits indices de corrélation, une valeur de ladite propriété dans ladite région Ri du guide d’ondes et/ou en amont de cette région.
De simples essais permettent d’associer une valeur pour ladite propriété à la valeur du ou desdits indices de corrélation, en particulier à une corrélation maximale et/ou à un déphasage principal.
Par exemple, à l’instant de référence, le guide d’ondes peut être rectiligne. On relève le signal réfléchi de référence et on détermine la portion de référence.
On courbe ensuite la région Ri du guide d’ondes suivant différents rayons de courbure, par exemple 100 cm, 90 cm, 80 cm, 70 cm, 60 cm, 50 cm, 40 cm, 30 cm, 20 cm, 10 cm, à des instants actualisés correspondant. A chaque fois,
- on relève le signal réfléchi actualisé ;
- on détermine la portion actualisée ;
- on calcule la fonction d’intercorrélation entre la portion actualisée et la portion de référence ;
- on mesure la corrélation maximale.
H est ainsi possible d’établir une table de correspondance entre
- la corrélation maximale et
- une courbure de la région Ri du guide d’ondes. Suivant un autre exemple, à l’instant de référence, l’environnement du guide d’ondes peut être uniformément à 20°C. On relève le signal réfléchi de référence et on détermine la portion de référence.
On chauffe ensuite le guide d’ondes à différentes températures, par exemple 100°C, 200°C, 300°C, 400°C, 500°C, 600°C, 700°C, 800°C, et 900°C, à des instants actualisés correspondant. A chaque fois,
- on relève le signal réfléchi actualisé ;
- on détermine la portion actualisée ;
- on calcule la fonction d’intercorrélation entre la portion actualisée et la portion de référence ;
- on mesure le déphasage principal.
Il est ainsi possible d’établir une table de correspondance entre
- le déphasage principal et
- une température dans la région Ri du guide d’ondes.
La même démarche, appliquée à une autre région, permet d’établir une table de correspondance entre
- le déphasage principal et
- une température dans la partie du guide d’ondes qui s’étend jusqu’à cette autre région, en l’incluant.
La précision des résultats est remarquable, même avec des signaux réfléchis assimilables à de faibles variations aléatoires d’amplitude.
De manière générale, plus la durée de la fenêtre de mesure est grande, meilleure est la fiabilité de l’évaluation de la propriété dans la région, mais moins la localisation de la mesure réalisée est précise.
Si on appelle « période de référence » la période correspondant à la fréquence du pic le plus élevé du spectre de fréquence du signal réfléchi de référence, c'est-à-dire égale à l’inverse de ladite fréquence, la durée de la fenêtre de mesure est de préférence supérieure à une période de référence, de préférence supérieure à deux périodes de référence, de préférence supérieure à trois périodes de référence, de préférence supérieure à quatre périodes de référence, et/ou inférieure à 10 périodes de référence, de préférence inférieure à 8 périodes de référence, de préférence inférieure à 6 périodes de référence. De préférence, l’analyse est renouvelée pour plusieurs positions de la fenêtre de mesure, la fenêtre de mesure conservant de préférence sa durée. Dans un mode de réalisation préféré, on fait glisser la fenêtre de mesure de manière qu’elle parcourt les signaux réfléchis, de préférence au moins sur toute la plage correspondant à la partie de mesure, et, pour chaque position de la fenêtre de mesure, on effectue une dite analyse. L’environnement tout au long du guide d’ondes peut être ainsi « balayé ».
De préférence, la fenêtre de mesure est initialement position à la position tw,i de manière à commencer à l’instant to (ti = to) et on effectue une étape d) d’analyse. L’analyse porte alors sur une partie du guide d’ondes qui s’étend au début de la partie de mesure. L’instant ti (et donc l’instant tf , la durée de la fenêtre de mesure étant constante) est alors incrémenté d’une durée prédéterminée, par exemple d’un quart de la durée de la fenêtre de mesure, et on effectue une nouvelle étape d) d’analyse. Le cycle est renouvelé, de préférence jusqu’à ce que l’instant tf atteigne l’instant ta marquant la fin de la partie de mesure, en l’occurrence identifiable par l’écho de fond.
Sur la figure 3, on a représenté les deux positions extrêmes pour la fenêtre de mesure, correspondant à la première région Ri et à la 21ieme R21 du guide d’ondes obtenue par glissement de la fenêtre de mesure jusqu’à une 21ieme position.
Par souci de clarté, dans la position correspondant à la première région,
- la fenêtre de mesure, qui s’étend entre les instants ti et tf , a été représentée par le cadre Fi,
- la portion de référence a été référencée Pn,
- la portion actualisée a été référencée Pai,
- le pic principal sur la courbe d’intercorrélation a été référencé Pi (figure 4),
- la corrélation maximale a été référencée Ci (figure 4), et
- le déphasage principal a été référencé dti (figure 4).
Dans la position correspondant à la 21ieme région,
- la fenêtre de mesure, qui s’étend entre les instants t2i et t2i ’ , centrée sur la position tw,2i, a été représentée par le cadre F21,
- la deuxième portion de référence a été référencée Pm,
- la deuxième portion actualisée a été référencée Pa2i,
- le deuxième pic principal sur la courbe d’intercorrélation a été référencé P21 (figure 4), - la corrélation maximale a été référencée C21 (figure 4), et
- le déphasage principal a été référencé dt2i (figure 4).
De préférence, la fenêtre de mesure est au moins déplacée, voire exclusivement déplacée, dans une partie des portions de référence et actualisée ne comportant que des échos secondaires de base ou de bruit, de préférence sensiblement que des échos secondaires de base.
Plusieurs interprétations de la fonction d’intercorrélation sont possibles.
H est possible de l’interpréter à l’aide de fonctions d’intercorrélation établies pour la même position de la fenêtre de mesure, avec le même signal réfléchi de référence, mais avec des signaux réfléchis actualisés acquis à des instants actualisés différents, dans lesquels la région du guide d’ondes correspondant à ladite position est soumise à un environnement local à chaque fois différent, comme expliqué ci-dessus.
Dans une variante, on compare les fonctions d’intercorrélation calculées pour deux fenêtres de mesure différentes. Les différences de valeurs des indices de corrélation entre ces fonctions d’intercorrélation permettent avantageusement de déterminer des différences sur la valeur de la propriété entre les régions concernées.
Cette variante peut être illustrée sur les figures 3 et 4. Les différences entre les pics principaux Pi et P21 indiquent des valeurs différentes pour la propriété dans les régions du guide d’ondes correspondant aux première et 21ieme positions de la fenêtre de mesure.
Cette variante permet avantageusement de détecter une évolution locale de la propriété différente dans les deux régions, et ainsi, par exemple, de détecter une évolution anormale de la propriété dans une des deux régions sans avoir besoin de connaître la valeur de la propriété, ni avoir besoin d’établir une table de correspondance entre les valeurs du ou des indices de corrélation et les valeurs locales de la propriété.
De préférence, après l’étape d), le procédé comporte une étape e).
A l’étape e), l’ordinateur ayant analysé les signaux réfléchis génère un message d’information sur le résultat de ladite analyse.
De préférence, le message précise :
- une valeur pour la propriété ; et/ou
- une valeur pour une évolution de la propriété par rapport à une situation antérieure à l’instant actualisé, et en particulier par rapport de la situation de référence ; et/ou
- une localisation de la région de l’environnement pour laquelle la propriété a été évaluée.
Le message peut être envoyé à un ordinateur central et/ou être présenté à un opérateur, par exemple sur un écran et/ou par activation d’une lumière et/ou par l’émission d’un signal sonore.
Un guide d’ondes est constitué à partir de deux conducteurs électriques sous la forme de fils de diamètre 0,5 mm et de 5 m long, l’un en platine pur et l’autre en platine avec 10% de rhodium. Des perles en alumine frittée à 99,7% de AI2O3, présentant chacune un diamètre extérieur 3 mm et une longueur de 20 mm, et percées longitudinalement de deux trous traversant de 0,8 mm de diamètre espacés de 0,5 mm l’un de l’autre, sont enfilées sur les fils, chaque fil passant dans un trou respectif. Les perles maintiennent ainsi une distance d’environ 0,5 mm entre les deux fils. Le manchon discontinu formé par l’empilement des perles constitue une gaine de protection permettant de protéger les deux fils. Le guide d’ondes ainsi constitué est placé sur une table, en serpentant de manière aléatoire.
Les discontinuités résultant des espaces entre les perles d’alumine et de la courbure du guide d’ondes permettent de créer des variations d’impédance sur toute la longueur du guide d’ondes, de manière sensiblement aléatoire.
Les deux fils à l’extrémité d’entrée du guide d’ondes sont connectés à un interrogateur Copper Mountain S5085. A l’extrémité de sortie, les deux fils sont cimentés (ciment Fixwool Adhesive UNIFRAX) à la dernière perle de manière à éviter tout contact entre les deux fils et à maintenir les perles en place.
L’interrogateur fait office d’émetteur et de récepteur. Il est connecté à un ordinateur via un port USB permettant le téléchargement du logiciel, la calibration et l’ajustement des paramètres de mesure et de représentation sur l’écran de l’ordinateur.
Le signal incident est une impulsion électrique générée au moyen de l’interrogateur de la manière suivante : L’interrogateur est réglé à la position SU pour l’utilisation de la voie 1, ce qui correspond à la mesure du coefficient de réflexion dans le câble avec le mode « Time Domain ». L’affichage le plus adapté à cette mesure est dite « Real », ce qui correspond à la représentation dans le domaine temporel réel. Les paramètres de réglage de l’interrogateur sont les suivants :
- Menu “Stimulus”
- Start 9kHz / Stop 2GHz / Center 1GHz : représentant le domaine de fréquence de balayage de l’appareil ;
- Lin freq / 30 000 Pts : représentant un mode de fréquence de balayage linéaire et le nombre de points de mesure ;
- IF Bandwidth 100kHz représentant la largeur de bande passante ;
- Menu « Analysis » :
- Start 0 ns Stop 60 ns Center 30ns Span 60ns
- Type Low pass Impulse
- Window max
- Set frequency Low pass.
Dans la situation de référence, tout le guide d’ondes est à 20°C.
En réponse à la génération du signal incident sous la forme d’une impulsion électromagnétique de quelques nanosecondes, l’interrogateur reçoit un signal réfléchi de référence. Le signal réfléchi de référence est représenté sous la forme d’une courbe donnant l’évolution du coefficient de réflexion en fonction du temps de vol, le long du guide d’ondes. Le coefficient de réflexion est le rapport entre la différence entre l’impédance de l’extrémité libre du guide d’ondes et l’impédance caractéristique de la ligne de transmission formée par le guide d’ondes, sur la somme de ces deux impédances. Il est calculé automatiquement par l’interrogateur en fonction des différences de potentiel entre les deux conducteurs électriques du câble coaxial.
Le signal réfléchi de référence peut être également représenté sous la forme d’une variation de potentiel.
L’écho de fond est détecté, puis des échos secondaires de bruit et de base, induits par des réflexions partielles du signal incident sur les discontinuités résultant de la présence des perles, ainsi que par le non-parallélisme parfait entre les deux conducteurs.
L’écho de fond présente une amplitude de 0,3.
Dans la situation actualisée, le guide d’ondes passe successivement dans deux fours, entrant et sortant de chaque four par des trous entourés de fibres isolantes afin de maintenir la température du four. La distance entre l’interrogateur et le four n°l est de 151cm. La largeur du four n°l est de 43 cm. La longueur de guide d’ondes entre les deux fours est de 160 cm. La largeur du four n°2 est de 64 cm. Le guide d’ondes se prolonge en sortie de four n°2 pendant 81 cm. Pour atteindre la situation actualisée, les fours sont montés en température, avec une vitesse de montée programmée de 100°C/h, jusqu’à 600°C+/-15°C.
Un signal incident identique à celui envoyé dans la situation de référence est ensuite injecté et un signal réfléchi actualisé est enregistré par l’interrogateur.
Les deux graphiques de la partie inférieure de la figure 3 représentent simultanément des portions des deux signaux de référence et actualisé, dans des fenêtres de mesure représentées par les cadres Fi et F21.
Une analyse des signaux de référence et actualisé est ensuite effectuée selon l’invention, à l’aide de la méthode CWI. Elle est illustrée sur les figures 4 à 6.
Une fenêtre de mesure d’une durée constante d’environ 8 ns est définie, puis déplacée le long de l’axe du temps, sensiblement depuis l’écho d’émission jusqu’à l’écho de fond. On définit ainsi successivement 21 positions pour la fenêtre de mesure pour chacune desquelles un cycle d’étapes 1) à 2) est mis en œuvre. « tw,n » désigne la neme position du centre de la fenêtre de mesure. Le pas de glissement est de 2,5 ns, ce qui permet d’avoir des chevauchements d’informations. Sur la figure 3, la fenêtre de mesure n’est représentée qu’aux positions tw,i et 1^,21 (cadres Fi et F21).
Pour chaque position tw,n, on calcule la fonction d’intercorrélation normalisée Ri(t T) pour la portion actualisée, suivant l’équation (1) suivante :
[Math 1] * où so est la portion de référence, Si désigne la portion actualisée pour la situation actualisée « i », en l’occurrence la situation actualisée dans laquelle certaines parties du guide d’ondes sont disposées dans un four à 600°C, t représente le temps, 2T est la taille de la fenêtre glissante, et tw est la nieme position du centre de la fenêtre de mesure, c'est-à-dire tw,n.
Lorsque la fenêtre de mesure est centrée sur la position tw,n, l’équation (1) fournit une valeur pour chaque instant t dans la fenêtre de mesure. Les courbes correspondant aux première et 21ieme positions ont été représentées sur la figure 4. La valeur maximale Ci et C21 de la corrélation (environ 1 pour la position tw,i (cadre Fi) et 0,85 pour la position tw,2i (cadre F21) ainsi que les positions des déphasages dh et dl2i de ces valeurs maximales par rapport au zéro (0 pour Fi, environ -0,2 ns pour F21) sont notées sur la figure 4.
Le déphasage dtn pour la nieme position de la fenêtre de mesure est un indice de corrélation dont la valeur dépend de la différence entre la situation de référence et la situation actualisée z. Une valeur de dtn nulle indique que les signaux réfléchis dans la situation de référence et dans la situation actualisée sont restées en phase en amont et jusqu’à la nieme région Rn du guide d’ondes correspondant à cette position (« partie amont » du guide d’ondes), c'est-à- dire qu’aucune propriété de l’environnement qui modifie la vitesse de propagation dans le guide d’ondes, par exemple la température et/ou la composition de l’environnement, par exemple l’humidité de l’environnement, n’a été modifiée depuis l’extrémité d’entrée jusqu’à la nieme région Rn, entre la situation de référence et la situation actualisée. Une valeur de dtn non nulle indique au contraire qu’au moins une telle propriété de l’environnement de la partie amont du guide d’ondes a été modifiée entre la situation de référence et la situation actualisée, c'est-à-dire entre l’instant de référence et l’instant actualisé.
La variation de ladite propriété entre la situation de référence et la situation actualisée dans la partie amont du guide d’ondes peut être déterminée au moyen d’une table de correspondance, ce qui nécessite une calibration expérimentale.
De manière remarquable, les inventeurs ont cependant observé qu’à composition constante de l’environnement, il est possible de déterminer directement une variation de température entre la situation de référence et la situation actualisée dans la partie amont du guide d’ondes, en reliant mathématiquement le déphasage dtn à la différence de vitesse moyenne du signal incident dans cette partie amont, entre les situations de référence et actualisée. Par exemple, dans chaque région de la partie amont du guide d’ondes plus chaude dans la situation actualisée que dans la situation de référence, le signal incident circule plus vite dans la situation actualisée que dans la situation de référence, ce qui conduit à accroitre la valeur absolue du déphasage.
Si
- V désigne la vitesse, en moyenne dans la partie amont, dans la situation de référence et
- dV est la différence entre cette vitesse et la vitesse, en moyenne dans la partie amont, dans la situation actualisée, le déphasage normalisé dtn/tw,n est sensiblement proportionnel à la variation relative de vitesse de propagation dV/V. V peut être facilement déterminé de manière expérimentale ou par calcul. Le déphasage normalisé dtn/tw,n permet donc de déterminer dV, et donc la vitesse, en moyenne dans la partie amont, dans la situation actualisée. Cette dernière est fonction de la constante diélectrique de la partie amont (v = c/(e. p) l/2, où c est la vitesse dans le vide, s est la constante diélectrique et est la perméabilité magnétique), qui est elle-même fonction de la température moyenne dans la partie amont du guide d’ondes. La relation entre la constante diélectrique et la température peut être établie expérimentalement. Il est ainsi possible de déterminer cette température moyenne en fonction du déphasage normalisé dtn/tw,n.
Le déphasage normalisé dtn/tw,n permet donc de déterminer une valeur de température sans devoir établir une table de correspondance, et donc sans avoir recours à des mesures de température directes, par exemple avec des thermocouples.
Pour déterminer la ou les régions dans lesquelles la température est différente dans la situation actualisée et dans la situation de référence, on fait ensuite parcourir les signaux réfléchis à la fenêtre de mesure, les étapes 1) et 2) étant à chaque fois répétées. Les positions de la fenêtre de mesure dans lesquelles dV/V évolue significativement indiquent les régions dans lesquelles la température dans la situation actualisée est sensiblement différente de celle dans la situation de référence.
La figure 5 représente ainsi dV/V en fonction de tw,n, c'est-à-dire, de manière équivalente, le long du guide d’ondes. La localisation des régions du guide d’ondes correspondant à la position tw,n de la fenêtre de mesure sur l’axe des temps est possible dans la mesure où l’écho de fond est visible sur la figure 3 (sensiblement centrée sur l’instant 55 ns), suivant le principe du radar (en fonction de la vitesse de propagation v du signal incident dans le guide d’ondes et du temps de vol tf, c'est-à-dire de la durée entre l’instant d’émission du signal incident et l’instant de réception de l’écho renvoyé par une discontinuité dans ladite région (position de la discontinuité = 0,5.v.tf)).
On constate ainsi, sur la figure 5, des évolutions rapides dV/V dans les régions Z2 et Z4 correspondant aux régions du guide d’ondes placées dans les fours. Dans ces régions, le déphasage s’accroit en effet progressivement, sous l’effet cumulé de la différence de température locale le long de ces régions, entre les situations de référence et actualisée.
On constate que l’hypothèse d’une proportionnalité entre dV/V et le déphasage normalisé n’est pas parfaite. Avec cette hypothèse, la courbe de la figure 5 devrait en effet présenter des plateaux dans les zones dans lesquelles le déphasage n’augmente pas, la température dans ces zones étant identiques dans les situations de référence et actualisée. Or dans la partie du guide d’ondes correspondant aux premières positions de la fenêtre de mesure, on constate une variation relative de vitesse de propagation.
Pour améliorer la précision de l’interprétation pour ces premières positions de la fenêtre de mesure, il est préférable de faire précéder la partie de mesure du guide d’ondes d’une partie « morte », dont on ne cherche pas à suivre l’environnement, de préférence d’une longueur supérieure à 1 m, de préférence supérieure à 3 m, de préférence supérieure à 4 m, de préférence supérieure à 5 m, de préférence supérieure à 6 m.
Les inventeurs ont également constaté que la représentation du déphasage normalisé ou d’une fonction de ce rapport, de préférence une dérivée de ce déphasage normalisé par rapport à tw,n, ou, de manière équivalente, un gradient de ce déphasage normalisé par rapport à la position le long du guide d’ondes, facilite l’analyse. Le déphasage normalisé et sa dérivée constituent des exemples d’indices de corrélation particulièrement discriminants.
Sur la figure 6, on a représenté, pour chaque position de la fenêtre de mesure, c'est-à-dire pour chaque point le long de la partie de mesure, la valeur de la corrélation maximale pour une position considérée de la fenêtre de mesure.
La figure 6 permet, comme la figure 5, de distinguer les deux régions de la partie de mesure, Z2 et Z4, dans lesquelles la valeur de la corrélation maximale présente un minimum.
A partir d’une valeur de la corrélation maximale et d’une table de correspondance, il est possible de déterminer une température dans la région du guide d’ondes correspondante.
L’invention est particulièrement bien adaptée à des mesures dans un environnement à une température supérieure à 100°C, à 125°C, à 200°C, à 300°C, à 500°C, ou supérieure à 700°C.
Le domaine d’application de l’invention n’est cependant pas limité.
Comme cela apparaît clairement à présent, l’invention fournit une solution permettant d’évaluer, de manière précise et à partir d’un même signal réfléchi actualisé, en de multiples points et en temps réel, plusieurs propriétés d’un environnement, en particulier une température dans un environnement à haute température et une modification de l’état physique de l’environnement, par exemple l’apparition de fissures.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, fournis à des fins illustratives seulement. En particulier, le nombre et la forme des guides d’ondes pour une cible, le nombre de guides d’ondes connectés à un interrogateur, la forme de cible, ou les moyens pour disposer un guide d’ondes à proximité d’une cible ne sont pas limitatifs.
Le guide d’ondes peut comprendre une pluralité de parties de mesure. Ainsi, un guide d’ondes peut permettre de suivre en simultané plusieurs cibles ou une même cible dans différents environnements, une partie de mesure étant disposée dans chaque environnement.
A l’étape d), l’analyse des signaux n’est pas limitée à la méthode d’interférométrie de coda décrite en détail ci-dessus.
Par exemple, une méthode d’élongation (Stretching en anglais) peut être utilisée.
Avec cette méthode, il ne s’agit pas de suivre le décalage dans le temps du signal réfléchi actualisé par rapport au signal réfléchi de référence, mais de dilater l’échelle temporelle de la fenêtre de mesure afin de compenser les variations de vitesse du signal réfléchi actualisé. Pour les différentes tailles de la fenêtre lors de la dilatation, on calcule la fonction d’intercorrélation, laquelle tient compte de la variabilité temporelle due à la dilatation, et on identifie le maximum de ladite fonction ou « corrélation maximale ».
Selon encore un autre mode de réalisation possible, l’étape d) met en œuvre un algorithme de traitement de signal dit « DTW » ou « Dynamic Time Warping ». La portion de référence et la portion actualisée de l’étape d) correspondent alors chacune à un point respectif. Une fonction mathématique de type « fonction erreur », par exemple correspondant au carré de la différence d’amplitude, permet de calculer pour chaque portion actualisée, autrement dit pour chaque point du signal réfléchi actualisé, une valeur d’erreur. La fonction dite « fonction de distance » permettant de représenter la distribution des erreurs pour chaque portion actualisée constitue la fonction d’intercorrélation dont le minimum correspond à la corrélation maximale pour un point donné du guide d’ondes, selon l’étape d). La représentation de la corrélation maximale pour une population de points le long de la partie de mesure du guide d’ondes permet d’en déduire l’évolution de la valeur de la propriété le long de cette partie du guide d’ondes.
Les méthodes dites « stretching » et « DTW » sont par exemple décrites dans la publication « A comparison of methods to estimate seismic phase delays : numerical examples for coda wave interferometry » par T. Dylan Mikeselle/ al., dans Geophysical Journal International (2015) 202- pages 347-360. Par ailleurs, le guide d’ondes du dispositif peut comporter plus de deux conducteurs, par exemple trois, quatre, cinq ou six conducteurs. Les lignes de champs d’un signal circulant dans le guide d’ondes dépendent alors de l’agencement des conducteurs, ce qui permet de mesurer des variations de propriété dans plusieurs directions différentes.
La figure 8 illustre différents modes de réalisation d’un guide d’ondes, et représente les lignes de champs associées.
La distance entre deux conducteurs d’un guide d’ondes comportant plus de deux conducteurs peut être variable selon le couple de conducteurs considéré. Cette distance peut être facilement fixée en enfilant les conducteurs dans des trous respectifs de perles.
Par exemple, le guide d’ondes peut comporter un conducteur central chargé positivement et deux conducteurs latéraux s’étendant de chaque côté du conducteur central et chargés négativement ou à la masse, ou l’inverse. Les lignes de champs se concentrent alors entre le conducteur central et chacun des conducteurs latéraux.
Dans un mode de réalisation, le guide d’ondes comporte un conducteur central chargé positivement et plusieurs conducteurs latéraux s’étendant parallèlement et autour du conducteur central, de préférence équiangulairement répartis autour du conducteur central et chargés négativement, de préférence au même potentiel électrique. Inversement, le conducteur central peut être chargé négativement et les conducteurs latéraux peuvent être chargés positivement. Le conducteur central ou les conducteurs latéraux peuvent être à la masse.
Un guide d’ondes comportant un conducteur central et six conducteurs latéraux s’étendant tout autour du conducteur central permet de concentrer les lignes à proximité immédiate du guide d’ondes. Cette configuration permet de concentrer la région de mesure à proximité du conducteur central. La fiabilité de la mesure de la température locale, en est améliorée, mais l’étendue de la région de mesure est limitée. Le guide d’ondes peut être un câble coaxial pour obtenir une concentration maximale de la région de mesure, c'est-à-dire de la zone dans laquelle le dispositif permet une mesure.
De préférence, les conducteurs d’un même guide d’ondes sont en un même matériau.
La forme des conducteurs n’est pas limitative. Ils peuvent en particulier présenter la forme d’un fil, d’un câble ou d’une bande en un matériau conducteur électriquement. Les taquets ou les perles peuvent être en un unique matériau ou en plusieurs matériaux différents. Il est ainsi possible d’adapter l’impédance au milieu de mesure afin d’améliorer la sensibilité de mesure par rapport à des perturbations extérieures.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de suivi, par réflectométrie électrique temporelle ou fréquentielle, d’une pièce cible ou d’un assemblage de pièces cibles, ledit dispositif comprenant :
- un guide d’ondes électromagnétiques (12) comportant une extrémité d’entrée (12e) et une extrémité de sortie (12s);
- un interrogateur (18) électriquement connecté à l’extrémité d’entrée du guide d’ondes et configuré pour injecter un signal incident par ladite extrémité d’entrée et recevoir un signal réfléchi par le guide d’ondes en réponse à ladite injection, le signal réfléchi comportant un écho de fond (30) réfléchi par l’extrémité de sortie du guide d’ondes ; le guide d’ondes comportant, entre les extrémités d’entrée et de sortie dudit guide d’ondes, une partie de mesure (14) comportant une pluralité de discontinuités, dites « discontinuités de base » (24),
- distribuées de manière aléatoire au moins le long de la partie de mesure du guide d’ondes, et
- aptes à générer des échos présentant une amplitude supérieure à 1% et inférieure à 30% de l’amplitude de l’écho de fond réfléchi par l’extrémité de sortie du guide d’ondes, dits « échos secondaires de base ».
2. Dispositif selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel le guide d’ondes comporte
- des premiers et deuxième conducteurs électriques (121,122) qui s’étendent suivant la direction de la longueur du guide d’ondes, et
- un ou plusieurs taquets diélectriques (23) disposés de manière à générer des dits échos secondaires de base.
3. Dispositif selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel le ou les taquets sont des perles enfilées sur le premier conducteur électrique et/ou sur le deuxième conducteur électrique.
4. Dispositif selon l’une quelconque des deux revendications immédiatement précédentes, dans lequel le ou les taquets sont mobiles par rapport au premier conducteur électrique et/ou au deuxième conducteur électrique.
5. Dispositif selon l’une quelconque des trois revendications immédiatement précédentes, dans lequel le ou les taquets sont disposés de manière à former ensemble une gaine de protection segmentée s’étendant tout au long de la partie de mesure du guide d’ondes.
6. Dispositif selon l’une quelconque des quatre revendications immédiatement précédentes, dans lequel le ou les taquets sont en un matériau choisi parmi le mica, les dérivés de mica, le titane, le baryum, la mullite, la cordiérite et l’alumine.
7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, le guide d’ondes étant marqué de manière à identifier la partie de mesure.
8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le guide d’ondes comporte deux câbles conducteurs électriquement non coaxiaux.
9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le guide d’ondes satisfait à la condition de diffusion de Rayleigh.
10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la surface extérieure du guide d’ondes et/ou d’au moins un conducteur électrique du guide d’ondes est texturée de manière à générer des discontinuités de base, de préférence de manière que lesdites discontinuités de base génèrent plus de 80% desdits échos secondaires de base.
11. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le guide d’ondes ne comporte des discontinuités de base que dans une ou plusieurs régions « de base » du guide d’ondes, la longueur cumulée de la ou des régions de base représentant moins de 90% de la longueur du guide d’ondes.
12. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’interrogateur est configuré de manière à mettre en œuvre des étapes bl), b2), cl), c2), d’), et de préférence e), suivantes : bl) à un instant « de référence », injection d’un signal incident par ladite extrémité d’entrée ; cl) réception d’un signal réfléchi par le guide d’ondes en réponse à ladite injection, ou « signal réfléchi de référence » ; b2) à un instant « actualisé », injection, par ladite extrémité d’entrée, d’un signal incident identique à celui injecté à l’étape bl) ; c2) réception d’un signal réfléchi par le guide d’ondes en réponse à ladite injection, ou « signal réfléchi actualisé » ; d’) analyse des signaux réfléchis de référence et actualisé de manière à déterminer ladite propriété dudit environnement dans la situation actualisée ; e) émission d’un message relatif à ladite propriété ou à une évolution de ladite propriété par rapport à une situation antérieure à l’instant actualisé. Dispositif selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel l’étape d’) comporte les étapes suivantes :
1) détermination d’une fonction d’intercorrélation entre
- une portion « de référence » du signal réfléchi de référence, et
- une portion « actualisée » du signal réfléchi actualisé ; les portions de référence et actualisée étant des portions des signaux réfléchis de référence et actualisé, respectivement, délimitées par une même fenêtre de mesure, centrée sur un instant, dit « position de fenêtre », défini par rapport au début des signaux réfléchis de référence et actualisé, le maximum de la fonction d’intercorrélation, ou « corrélation maximale », étant obtenu pour un déphasage appelé « déphasage principal » ;
2) détermination, à partir du déphasage principal et/ou de la corrélation maximale, d’un indice de corrélation, et
3) détermination, à partir dudit indice de corrélation, d’une valeur de ladite propriété dans la situation actualisée et/ou d’une évolution de ladite valeur de ladite propriété, la fenêtre de mesure étant choisie de manière qu’au moins une partie des échos des portions de référence et actualisée soient des échos secondaires de base. Dispositif selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel à l’étape d’), on détermine la fenêtre de mesure et la position de la fenêtre de mesure de manière que plus de 80% de la portion de référence et plus de 80% de la portion actualisée représentent desdits échos secondaires de base. Dispositif selon l’une quelconque des deux revendications immédiatement précédentes, dans lequel à l’étape d’), on détermine la fenêtre de mesure et la position de la fenêtre de mesure de manière que les échos secondaires de base des portions de référence et actualisée présentent des amplitudes et/ou des formes variables aléatoirement.
16. Dispositif selon l’une quelconque des trois revendications immédiatement précédentes, dans lequel, à l’étape d’), on détermine la fenêtre de mesure et la position de la fenêtre de mesure de manière que les échos secondaires de base des portions de référence et actualisée soient distribués aléatoirement dans la fenêtre de mesure.
17. Dispositif selon l’une quelconque des quatre revendications immédiatement précédentes, dans lequel l’indice de corrélation est une fonction du rapport du déphasage principal sur la position de la fenêtre de mesure.
18. Dispositif selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel l’interrogateur est configuré pour mettre en œuvre des étapes 1) et 2) pour plusieurs positions de la fenêtre de mesure successives de manière à rechercher une portion des signaux réfléchi et de référence dans laquelle ledit rapport évolue avec la position de la fenêtre de mesure.
19. Dispositif selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel aucune position de la fenêtre de mesure est à moins d’un mètre de l’extrémité d’entrée du guide d’ondes.
20. Dispositif selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel aucune position de la fenêtre de mesure est à moins de 5 mètres de l’extrémité d’entrée du guide d’ondes.
21. Dispositif selon l’une quelconque des huit revendications immédiatement précédentes, dans lequel à l’étape 3), on détermine la valeur de ladite propriété et/ou ladite évolution de ladite valeur de ladite propriété au moyen d’une table de correspondance établissant une relation entre
- ladite valeur et/ou ladite évolution et
- ledit indice de corrélation. Dispositif selon l’une quelconque des neuf revendications immédiatement précédentes, dans lequel on renouvelle le cycle des étapes 1) à 3) en modifiant à chaque fois la position de la fenêtre de mesure. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 13 à 21, dans lequel on réalise des premier et deuxième cycles d’étapes 1) à 2), avec des première et deuxième positions de la fenêtre de mesure, respectivement, de manière à déterminer des premier et deuxième indices de corrélation, respectivement, puis, à l’étape 3), on détermine une différence entre les premier et deuxième indices de corrélation, ou une fonction de ladite différence, puis on détermine, à partir de ladite différence ou de ladite fonction de ladite différence, la valeur de ladite propriété dans la situation actualisée et/ou l’évolution de ladite valeur de ladite propriété. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 13 à 23, dans lequel la durée de la fenêtre de mesure est supérieure à une période de référence et inférieure à 6 périodes de référence, la période de référence étant la période correspondant à la fréquence du pic le plus élevé du spectre de fréquence du signal réfléchi de référence. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 12 à 24, dans lequel lesdites discontinuités de base (24) sont écartées les unes des autres d’une distance, mesurée le long du guide d’ondes, au moins 20 fois inférieure à la longueur d’onde égale à la vitesse de propagation du signal incident divisée par la fréquence du pic le plus élevé du spectre de fréquence du signal incident. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le guide d’ondes comporte plus de deux dits conducteurs sous la forme de fils s’étendant parallèlement les uns aux autres,
- une première partie des conducteurs étant connectés, à l’extrémité d’entrée du guide d’ondes, à l’interrogateur de manière à être à un premier potentiel électrique et
- une deuxième partie des conducteurs étant connectés, à l’extrémité d’entrée du guide d’ondes, à l’interrogateur de manière à être à un deuxième potentiel électrique. Procédé de détermination d’une propriété d’un environnement dans une situation
« actualisée », au moyen d’un dispositif selon l’une quelconque des revendications 12 à 26, ledit procédé comportant l’étape suivante : a) introduction, dans ledit environnement, du guide d’ondes ; puis dans une situation de référence dudit environnement, les étapes bl), b2), cl), c2), d’) et optionnellement e). Procédé selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel, dans la situation actualisée et/ou dans la situation de référence, ledit environnement est à une température supérieure à 125 °C et le guide d’ondes est configuré de manière à ne pas fondre, même partiellement, à la température de l’environnement. Procédé selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel, dans la situation actualisée et/ou dans la situation de référence, ledit environnement
- est à une température supérieure à 300°C et le guide d’ondes est configuré de manière à ne pas fondre, même partiellement, à la température de l’environnement, et/ou
- est une atmosphère contenant un halogène et/ou un alcalin et/ou plus de 1% ou plus de 5% d’hydrogène et/ou de monoxyde de carbone. Procédé selon l’une quelconque des trois revendications immédiatement précédentes, dans lequel, à l’étape a), l’environnement comporte un matériau réfractaire et/ou est à une température supérieure à 400° C. Procédé selon l’une quelconque des quatre revendications immédiatement précédentes, dans lequel ladite propriété est choisie parmi :
- la température de l’environnement ;
- une information relative à l’état physique de l’environnement ;
- une information relative à la composition chimique de l’environnement. Procédé selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel le dispositif est conforme à la revendication 13, et dans lequel :
- ladite propriété agit sur la vitesse de propagation dans le guide d’ondes et est déterminée en fonction du déphasage principal ou d’une fonction du déphasage principal, et/ou - ladite propriété n’agit pas sur la vitesse de propagation dans le guide d’ondes et est déterminée en fonction de la corrélation maximale. Installation comportant :
- un dispositif de suivi selon l’une quelconque des revendications 1 à 26, et
- une cible constituée d’une pièce cible ou d’un assemblage de pièces cibles, sur laquelle, ou dans laquelle la partie de mesure du guide d’ondes fixée. Installation selon la revendication immédiatement précédente, dans laquelle le guide d’ondes est disposé de manière à être déformé sous l’effet d’une modification de la forme de la cible. Installation selon la revendication immédiatement précédente, dans laquelle :
- ladite déformation résulte d’une modification de la position du ou des taquets par rapport au premier conducteur électrique et/ou au deuxième conducteur électrique ; et/ou
- ladite déformation résulte de l’écartement du premier conducteur électrique par rapport au deuxième conducteur électrique. Installation selon l’une quelconque des trois revendications immédiatement précédentes, dans laquelle la pièce cible est choisie dans un groupe constitué par :
- une pièce d’un échangeur thermique,
- une pièce d’un absorbeur solaire,
- une tuile ou une pièce de protection d’une chambre de turbine de combustion,
- une tuile d’un incinérateur,
- une coquille de protection de tube de réchauffeur d’un incinérateur,
- une pièce de revêtement de tuyère,
- une pièce d’un revêtement réfractaire d’un réacteur de fabrication de noir de carbone,
- une couche de revêtement d’une poche de transfert de métal en fusion,
- une pièce ou une couche de revêtement d’un four de cimenterie, notamment un four rotatif,
- une pièce ou une couche de revêtement d’un gazéificateur, notamment un gazéificateur de charbon, un gazéificateur de coke de pétrole, un gazéificateur de biomasse, - une pièce ou une couche de revêtement d’un reformeur, notamment un reformeur de méthane, un reformeur secondaire,
- un bloc réfractaire de four,
- une couche de béton ou de pisé réfractaire d’un revêtement de four,
- une pièce d’accessoire de coulée de métal ou de verre en fusion telle qu’un plongeur ou une rondelle, une busette ou une plaque à tiroir, ou un panier de coulée, ou une rigole ou un couvre-rigole,
- un support de cuisson,
- une pièce de protection contre l’abrasion,
- un abrasif,
- un outil de coupe,
- un élément de pompe ou de circuit hydraulique,
- un filtre pour la filtration liquide ou gazeuse,
- une pièce d’un four de verrerie, de préférence choisie dans le groupe formé par un bloc ou linteau de gorge, un bloc de cuve, une brique ou un bloc de mur ou de côté, un bloc de coin ou d’angle, une brique à nez, un bloc ou une dalle de sole, une brique ou un sommier de voûte, une brique ou un bloc d’entourage de tuyère, une brique de trou ou chenal de coulée, un bloc porte électrode, une pièce de bec réfractaire de four verrier, un bloc d’injecteur, une gorge de four de verrerie,
- une pièce d'un four métallurgique, de préférence choisie dans le groupe formé par un bloc de cuve, une brique ou un bloc de mur ou de côté, un bloc de coin ou d’angle, un bloc ou une dalle de sole, une brique ou un sommier de voûte, une brique ou un bloc d’entourage de tuyère, une brique de trou ou chenal de coulée, un bloc porte électrode, un bloc de trou de coulée, un bloc brûleur, un bloc ou un tube de four à moufle, un tube protecteur d’un thermocouple, un tube thermoplongeur, un tube de transport de métal en fusion,
- un bloc de cuve d’électrolyse pour la synthèse de métaux, en particulier un bloc latéral de cuve,
- un bloc de cathode ou d’anode de cuve d’électrolyse pour la synthèse de métaux ;
- un tube de récupération de chaleur, en particulier un tube radiant,
- un tube de protection d’élément chauffant. Procédé de fabrication d’un dispositif de suivi selon l’une quelconque des revendications 1 à 26, procédé dans lequel on fabrique ledit guide d’ondes - en disposant des premier et deuxième conducteurs électriques parallèlement l’un à l’autre, puis,
- en modifiant localement l’impédance d’au moins un desdits conducteurs électriques par création de plus de 10 discontinuités de base par mètre, suivant la longueur du guide d’ondes, les discontinuités de base étant de formes aléatoires et distribuées aléatoirement. Procédé selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel on modifie localement l’impédance
- en modifiant localement la position relative du deuxième conducteur électrique par rapport au premier conducteur électrique et/ou
- en disposant un ou plusieurs taquets diélectriques contre au moins un desdits premier et deuxième conducteurs électriques, et/ou
- en modifiant localement la texture du premier conducteur électrique et/ou du deuxième conducteur électrique et/ou d’un isolant diélectrique disposé entre lesdits premier et deuxième conducteurs électriques. Procédé selon l’une quelconque des deux revendications immédiatement précédentes, dans lequel on modifie localement l’impédance par enfilage de perles, identiques ou différentes, en un matériau diélectrique sur le premier conducteur et/ou le deuxième conducteur. Procédé de détermination d’une propriété d’un environnement dans une situation « actualisée », ledit procédé comportant les étapes suivantes : a) introduction, dans ledit environnement, d’un guide d’ondes électromagnétiques comportant, entre des extrémités d’entrée et de sortie dudit guide d’ondes, une partie de mesure comportant une pluralité de discontinuités ; puis dans une situation de référence dudit environnement, bl) à un instant « de référence », injection d’un signal incident par ladite extrémité d’entrée ; cl) réception d’un signal réfléchi par le guide d’ondes en réponse à ladite injection, ou « signal réfléchi de référence » ; et, dans la situation actualisée dudit environnement, b2) à un instant « actualisé », injection, par ladite extrémité d’entrée, d’un signal incident identique à celui injecté à l’étape b 1) ; c2) réception d’un signal réfléchi par le guide d’ondes en réponse à ladite injection, ou « signal réfléchi actualisé » ; d) analyse des signaux réfléchis de référence et actualisé de manière à déterminer ladite propriété dudit environnement dans la situation actualisée ; e) optionnellement, émission d’un message relatif à ladite propriété ou à une évolution de ladite propriété par rapport à une situation antérieure à l’instant actualisé ; l’étape d) comportant les étapes suivantes :
1) détermination d’une fonction d’intercorrélation entre
- une portion « de référence » du signal réfléchi de référence, et
- une portion « actualisée » du signal réfléchi actualisé ; les portions de référence et actualisée étant des portions des signaux réfléchis de référence et actualisé, respectivement, délimitées par une même fenêtre de mesure, centrée sur un instant, dit « position de fenêtre », défini par rapport au début des signaux réfléchis de référence et actualisé, le maximum de la fonction d’intercorrélation, ou « corrélation maximale », étant obtenu pour un déphasage appelé « déphasage principal » ;
2) détermination, à partir du déphasage principal et/ou de la corrélation maximale, d’un indice de corrélation, et
3) détermination, à partir dudit indice de corrélation, d’une valeur de ladite propriété dans la situation actualisée et/ou d’une évolution de ladite valeur de ladite propriété, au moins une partie des échos des portions de référence et actualisée, dits « échos secondaires de base », présentant une amplitude supérieure à 1% et inférieure à 30% de l’amplitude de l’écho de fond réfléchi par l’extrémité de sortie du guide d’ondes.
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