FR2556477A1

FR2556477A1 - Procede et appareil de detection par des transducteurs ultrasonores

Info

Publication number: FR2556477A1
Application number: FR8418786A
Authority: FR
Inventors: David Mcdermott
Original assignee: National Nuclear Corp Ltd
Current assignee: National Nuclear Corp Ltd
Priority date: 1983-12-09
Filing date: 1984-12-07
Publication date: 1985-06-14
Also published as: FR2556477B1; IT8468223A1; GB2151358A; GB8332867D0; GB8429213D0; IT8468223A0; GB2151358B; IT1196764B

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES APPAREILS DE DETECTION ULTRASONORES. ELLE SE RAPPORTE A UN APPAREIL AYANT PLUSIEURS TRANSDUCTEURS RELIES A DES GENERATEURS D'IMPULSIONS 29 ET A UN MULTIPLEXEUR 30. UN TRANSDUCTEUR CHOISI PEUT ETRE DECLENCHE ET UN SIGNAL D'ECHO PEUT ETRE RECU PAR TOUT AUTRE TRANSDUCTEUR CHOISI, LE SIGNAL RECU ETANT TRANSMIS PAR UNE LIGNE COMMUNE 26. UNE UNITE DE COMMANDE 28 ASSURE LE FONCTIONNEMENT SEQUENTIEL DU GENERATEUR D'IMPULSIONS ET DU MULTIPLEXEUR, A L'AIDE DE SIGNAUX CODES D'ADRESSES. APPLICATION A LA DETERMINATION DE DEFAUTS DANS LES CUVES DES CENTRALES NUCLEAIRES.

Description

- 2556477

*1 La présente invention concerne des procédés et appareils de détection, notamment pour la commande

multiplexée de transducteurs ultrasonores.

Dans un mode de réalisation de l'invention, un appareil de détection comporte plusieurs transducteurs ultrasonores, un dispositif d'excitation de l'un quelconque

des transducteurs, et un dispositif destiné à la transmis-

sion d'un signal d'écho provenant d'un transducteur prédé-

terminé, à une sortie commune.

Le transducteur excité peut être le transducteur prédétermine. L'appareil peut comporter une unité de multiplexage relié6e aux transducteurs afin qu'elle reçoive le signal d'écho du transducteur prédéterminé et qu'elle transmette

un signal de sortie par une ligne commune.

L'appareil peut comprendre un circuit générateur

d'impulsions destiné à recevoir un signal codé et à sélec-

tionner le transducteur qui doit être excité en fonction

du code.

L'unité de multiplexage peut recevoir un signal

codé afin qu'elle sélectionne le transducteur prédétermine.

L'appareil peut comprendre une unité de commande de l'unité de multiplexage et du générateur d'impulsions

en fonction du signal codé d'entrée de commande.

L'invention concerne aussi un procédé de détec-

tion qui comprend l'excitation de l'un quelconque de plu-

sieurs transducteurs ultrasonores, et la transmission, à une ligne commune de sortie, d'un signal d'écho provenant

d'un transducteur prédéterminé.

Le procédé peut comprendre l'excitation du trans-

ducteur choisi en fonction d'un signal codé de sélection de transducteur. Le procédé peut comprendre la sélection du transducteur prédéterminé en fonction d'un signal codé

de sélection du transducteur d'écho.

L'invention concerne aussi un procédé de vérifi-

cation de dép6t par mise en oeuvre d'un procédé tel que défini précédemment. L'invention concerne aussi un appareil d'essai destiné à détecter des défauts et comprenant un

appareil du type décrit précédemment.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion ressortiront mieux de la description qui va suivre,

faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un diagramme synoptique d'un appareil de détection selon l'invention; les figures 2, 3 et 4 forment ensemble un schéma plus détaillé de l'appareil de la figure 1;

19 la figure 3A est un tableau représentant l'alimen-

tation de l'appareil; la figure 5 est un schéma d'un circuit générateur d'impulsions; et la figure 6 est un diagramme des temps illustrant

une séquence d'opérations.

L'appareil est logé de façon générale dans une enceinte métallique 20 représentée sur la figure 1, munie de connecteurs convenables 21, 22 montés à l'extérieur et destinés à assurer la connexion à des transducteurs ultrasonores piézoélectriques 0 à 11 et à un câble ombilical de commande 23. Il existe douze fiches individuelles pour les douze transducteurs et une fiche multiple 22 pour le câble ombilical 23 qui a seize lignes dont quatre sont inutilisées. Quatre signaux distincts sont transmis par le câble 23. Ces signaux sont (a) un code d'adresse (b) un code de commande, (c) un signal d'écho, et (d) des

courants d'alimentation.

Le signal codé d'adresse est transmis par quatre lignes 24 (J1/13, J1/14, J1/15, J1/16); il s'agit d'un code binaire à quatre bits et il est utilisé avec le signal de code de commande pour l'identification de l'un des douze canaux. Le signal de code de commande est transmis par quatre lignes 25 (J1/9, J1/10, J1/11, J1/12); trois des lignes 25 transmettent un code binaire à trois bits qui est utilisé pour l'indication, aux circuits internes à l'appareil, de l'opération qui doit être effectuée. La quatrième ligne J1/9 transmet un signal de synchronisation qui assure la transmission du signal de code de commande dans les circuits. Le signal d'écho est le signal renvoyé par le transducteur piézoélectrique ultrasonore adressé antérieurement et il est transmis le long d'une ligne commune d'échos 26. Les signaux d'alimentation sont transmis par trois lignes 27 (J1/6, J1/7, J1/8) et ils sont à + 15 V

avec retour à la masse. Comme l'indique la figure 1, le cir-

cuit interne peut être considéré comme constitué de trois sous-ensembles qui sont (a) l'ensemble 28 de commande, (b) l'ensemble 29 générateur d'impulsions des transducteurs, et (c) l'ensemble de multiplexage des signaux d'échos ou

multiplexeur 30.

L'ensemble 28 de commande forme un certain nombre

de signaux opérationnels destinés aux deux autres sous-

ensembles 29, 30 à la suite des signaux du code de commande.

Les signaux opérationnels 1 à 5, avec le code correspondant de commande, sont les suivants: Code de commande Signal opérationnel 001 Conservation d'adresse de canal de multiplexeur par lequel le signal doit être reçu Conservation d'adresse de générateur d'impulsions (circuit générateur) qui doit être déclenché

100 Conservation de validation de multi-

plexage

101 Déclenchement de générateur d'impul-

sions 111 Conservation de signal d'inhibition de multiplexage Chaque signal de code de commande est introduit dans l'unité 28 de commande par déclenchement, c'est-à-dire

que, à la fin de la période d'horloge, le signal opération-

nel correspondant au signal de code de commande transmis devient disponible à la sortie de l'unité de commande,

par la ligne convenable de sortie.

L'ensemble générateur d'impulsions 29 destinées

au transducteur comprend douze circuits individuels généra-

teurs d'impulsions à haute tension, avec un convertisseur

binaire-décimal qui identifie le circuit générateur opéra-

tionnel qui est adressé.

Chaque circuit générateur d'impulsions comprend essentiellement un condensateur d'accumulation d'énergie (qui est par exemple chargé par une tension maximale de

700 V) et une cha ne de dispositifs à semi-conducteur.

Lorsque le générateur d'impulsions adressées reçoit un signal de "déclenchement", les dispositifs à semi-conducteur conduisent afin que le condensateur se décharge dans le

cristal piézoélectrique du transducteur associé.

L'ensemble 30 de multiplexage ne connecte qu'un

seul transducteur à la fois à la ligne commune 26 d'échos.

L'ensemble 30 est à base d'un circuit miniature à semi-

conducteur logé dans un bottier de matière plastique.

Cependant, il peut être considéré comme formé d'un groupe de commutateurs reliés à une- ligne commune de sortie, avec un mécanisme interne destiné à identifier et fermer

chaque commutateur individuellement.

Tous les circuits fonctionnent à partir d'une alimentation à + 15 V, à l'exception de l'alimentation à haute tension de 700 V qui peut être reliée par une prise externe. La haute tension peut aussi être créée localement à partir de l'alimentation à + 15 V comme représenté par le trait interrompu 80a sur la figure 1, cette disposition pouvant être adoptée lorsque le câble ombilical doit avoir

une dimension réduite.

On considère maintenant l'appareil plus en détail.

L'ensemble 28 de commande comprend deux circuits intégrés 40, 41 (voir figure 2). Ces deux circuits 40, 41 sont formés suivant la technologie CMOS, le circuit étant un décodeur binaire-décimal réalisé de manière qu'un nombre binaire à quatre bits appliqué à l'entrée du circuit 40 assure la sélection et l'excitation de l'une de dix lignes décimales de sortie. Le circuit 41 est une bascule bistable double RS. Cinq signaux opérationnels sont nécessaires dans l'appareil et ils sont tirés des sorties d'ordre faible du circuit 40. L'expression "sorties d'ordre faible" désigne l'état numérique. Il existe dix sorties qui correspondent aux nombres 1 à 10, et elles sont adressées individuellement par un signal binaire parallèle d'entrée

à quatre bits. Les sorties d'ordre inférieur 1 à 5 appa-

raissent aux broches 14, 2, 15, 1, 6 comme représenté. La transmission des signaux de code de commande provenant du câble 23 directement au circuit 40 assure la création correspondante des signaux opérationnels internes. La ligne d'horloge J1/9 du câble transmet aussi un signal au circuit 40 afin qu'il forme le bit le plus significatif du nombre binaire à quatre bits d'entrée; ainsi, pendant que le signal d'horloge est à un niveau élevé (c'est-à-dire à l'état binaire 1), des signaux ne sont disponibles qu'aux sorties dépassant 5. Lorsque le signal d'horloge est à un faible niveau (c'est-à-dire à l'état binaire 0), le signal opérationnel correspondant au signal de code de commande devient disponible dans l'une des lignes décimales de sorties 40a à 40e. Une seule de ces lignes de sorties

a à 40e est active à un moment particulier.

Le circuit bistable RS double 41 assure une cer-

taine interdépendance entre certains des signaux opération-

nels. Ceci est destiné à assurer l'inhibition de l'ensemble 30 de multiplexage et son isolement avant que la haute tension ne puisse être appliquée au transducteur particulier

à exciter.

Deux signaux proviennent du circuit 41 par l'inter-

médiaire des signaux des lignes 70 et 71. Le circuit 41 ne permet la transmission que d'un seul signal par la ligne 71 lorsque le signal de la ligne 70 maintien le multiplexeur à l'état inhibé. Ceci est obtenu par renvoi à l'entrée, par l'intermédiaire de la ligne 74, du signal de la ligne qui empêche le déclenchement du cristal piézoélectrique (par maintien du circuit bistable RS associé à l'état rétabli), pendant que le multiplexeur 53 est validé. Les signaux des lignes 40c et 40d commandent les deux circuits bistables. Lorsque le premier circuit bistable est dans son premier état (établi), un signal ne peut pas passer dans la ligne 71 car le second circuit bistable est maintenu dans un second état (rétabli); lorsque le premier circuit bistable est dans son second état (rétabli), un signal peut être transmis par la ligne 71 par mise du second circuit bistable dans un premier état (établi). Un signal de la ligne 40d fait passer le second circuit bistable de l'état

rétabli à l'état établi et déclenche le générateur d'impul-

sions. Un signal de la ligne 40c met le premier circuit bistable à l'état établi et valide le fonctionnement du multiplexeur. Un signal de la ligne 40e met le premier circuit bistable à l'état rétabli, inhibe le fonctionnement du multiplexeur, et permet au second circuit bistable

d'être établi par le signal de la ligne 40d.

Dans le circuit représenté sur la figure 5, le transducteur ultrasonore à cristal piézoélectrique serait monté entre les points repérés A et L, le second désignant la masse. Ceci met en fait le transducteur en série avec

le condensateur Cll. Pendant le fonctionnement, le condensa-

teur Cll se charge jusqu'à une haute tension déterminée par la tension d'alimentation (représentée comme étant

égale à 700 V par exemple) par l'intermédiaire de résis-

tances R20, R21 et d'une diode D3. Lorsqu'il est chargé, le condensateur Cll a conservé suffisamment d'énergie pour qu'il fasse vibrer physiquement le cristal qui crée à son tour les ultrasons nécessaires. L'énergie est transmise au cristal par fermeture de la série de thyristors SCR1 à

SCR8, avec les résistances associées R5 à R19 et les conden-

sateurs associés C3 à C10, assurant la connexion du conden-

sateur Cll en parallèle avec le transducteur. La série de thyristors fonctionne en mode d'avalanche si bien que la mise à l'état conducteur du thyristor SCR1 provoque la conduction simultanée de tous les thyristors. Cet arrangement assure une commutation automatique, c'est-à-dire que les thyristors cessent de conduite lorsque le condensateur Cll est déchargé. Le thyristor SCR1 est mis à l'état conducteur par l'intermédiaire d'un circuit d'entrée, sous la commande d'un transistor Q1, ce circuit comprenant des composants R1, R2, Cl, C2, R3, R4, C37, C38, ce circuit assurant, en plus de la conversion d'un signal d'entrée bistable 1/P en un signal monostable, la transmission d'énergie suffisante

pour que le thyristor soit mis à l'état conducteur.

Un réseau de diodes D1, D2, D4, D5, R22, R23 assure la dissipation de l'énergie conservée dans le condensateur Cll dans le transducteur ultrasonore et non dans les trajets parallèles qui existeraient pendant des conditions de

déclenchement sous la commande d'une tension inverse.

Lorsque le cristal du transistor particulier a fonctionné, il faut qu'il revienne rapidement à l'état

de repos afin qu'il puisse recevoir les signaux d'échos.

A cet effet, un amortissement électrique est incorporé au circuit, l'amortissement étant assuré par une self L1 et une résistance R24. Le degré d'amortissement nécessaire dépend du transducteur utilisé; cependant, lorsqu'un temps fini fixe de rétablissement peut être toléré, la self L1I et la résistance R24 peuvent être fixes pour toutes les applications. Le signal d'écho O/P est transmis au circuit de multiplexage par un circuit tampon actif comprenant essentiellement un transistor Q2 ainsi que des composants R44, R45, R46, R47, R48, R49, C34, C36, D6, D7. Les diodes

D6 et D7 montées dos à dos empêchent l'arrivée au multi-

plexeur 30 des hautes tensions présentes à l'intérieur du générateur d'impulsions. Des signaux inférieurs au seuil d'écrêtement des diodes (c'est-à-dire les signaux

d'échos) sont amplifiés par le transistor Q2.

Douze circuits du type décrit sont présents à raison d'un par transducteur. Celui qui doit fonctionner est choisi par les lignes d'adresses J1/13, J1/14, J1/15,

J1/16, à l'aide du circuit intégré 50 formant un convertis-

seur binaire-décimal qui permet en outre la mémorisation ou conservation du signal d'adresse. Le signal de la ligne 71 est un signal de validationinhibition transmis au convertisseur 50; lorsqu'il est validé, celui-ci excite la ligne décimale adressée de sortie qui assure à son

tour la commande du générateur d'impulsions associé.

Un signal transmis par la ligne 40b verrouille le convertisseur 50. La sortie adressée (et en conséquence le transducteur correspondant) est excitée par le signal d'entrée de validation de la ligne 71 qui est tiré du

signal de code de commande destiné à commander le fonction-

nement du générateur choisi. Les circuits intégrés 72,

73 jouent le r6le de circuits tampons destinés à trans-

former les signaux de faible capacité provenant du circuit en une forme compatible avec les circuits générateurs d'impulsions. Le sous-ensemble de multiplexage des signaux d'échos comporte quatre circuits intégrés 52, 53, 54,

55 (figure 4).

Le principal composant est le circuit 53 qui est un multiplexeur analogique CMOS. A l'aide d'une adresse binaire d'entrée à quatre bits, le circuit 53 commute l'une des seize entrées sur une sortie commune à l'aide de commutateurs à semi-conducteur. Les entrées analogiques, dans cet exemple, sont reliées aux transducteurs uitrasonores et elles subissent donc à la fois l'impulsion à haute tension et les signaux correspondants d'échos. Lorsque le multiplexeur 53 est inhibé, les entrées sont en fait isolées des circuits internes des circuits intégrés; cette caractéristique est utilisée pour la protection du multiplexeur contre l'impulsion à haute tension qui pourrait le détériorer. La bascule 52 conserve l'adresse

destinee au circuit 53 qui constitue le multiplexeur.

Douze seulement des seize entrées disponibles du circuit 53 sont utilisées; les entrées inutilisées

sont reliées à la masse. Les douze entrées O/PA à O/PL (rece-

vant les signaux de sortie d'un générateur d'impulsions)

sont adressées à l'aide des lignes d'adresses par l'intermé-

diaire du circuit 52 qui est un circuit à bascules qui

transmet l'adresse nécessaire à la commutation du transduc-

teur convenable d'entrée lorsque le multiplexeur est validé.

Le signal de la ligne 70 est le signal de validation-

inhibition transmis au multiplexeur.

Les circuits 54, 55 (avec les composants respec-

tifs associés C35, R31, C15, R26, C12, R25, C15a, C14, RV1, C13, et RV2, C17, R30, R28, R29, C16, C18) sont des ampli- ficateurs analogiques montés en série qui assurent la conservation en circuit tampon et l'amplification du signal

d'écho et sa transmission le long de la ligne de retour 26.

(J1/1 constitue le blindage et J1/2 l'âme).

Bien que les signaux de code de commande puissent être créés et appliqués de manière aléatoire, il est très souhaitable pour le fonctionnement d'imposer une séquence prédéterminée. Par exemple, la validation du multiplexeur 53 n'apporterait rien si aucun des transducteurs n'avait été antérieurement excité. Les signaux de code de commande et les signaux des lignes d'adresses peuvent être obtenus à partir d'un ordinateur programmé afin qu'ils donnent une

séquence voulue aux impulsions.

Dans la plupart des cas la séquence d'opérations est la suivante: Pas Fonctions Code 1 Conserver adresse de générateur 010 d'impulsions à déclencher 2 Conserver adresse de multiplexeur 001 3 Conserver inhibition de multiplexeur 111 4 Déclencher générateur d'impulsions 101 Conserver validation de multiplexeur 100 Le pas 1 est commandé par un signal de la ligne 40b, le pas 2 par un signal de la ligne 40a, le pas 3 par un signal de la ligne 40e et de la ligne 70, le pas 4 par un signal des lignes 40d et 71, et le pas 5 par un signal des lignes 40c et 70. Les signaux des pas 3 et 5, transmis par la ligne 70, sont des signaux bistables, c'est-àdire

à deux états différents.

La modification de l'adresse pendant la période de conservation permet la simulation des modes opérationnels d'échos (c'est-à-dire émission et reception par un même

canal) et en tandem. La période de chaque code est déter-

minée par la fréquence d'horloge. Chaque code est commandé dans l'ensemble 28 de commande pendant la période d'horloge; ainsi un code ne peut pas être modifié en dehors de la période d'horloge. La période d'horloge peut être modifiée; cependant, il faut que l'impulsion à haute tension ait diminué jusqu'à un niveau de sécurité avant que l'ensemble

de multiplexage puisse être validé. La période de l'impul-

sion d'excitation est par exemple de 500 ns, permettant une fréquence maximale d'horloge de 1 MHz. La figure 6 est

un exemple de diagramme des temps correspondant à la sé-

quence précédente dans le cas d'une séquence d'horloge de 1 MHz. Le signal de conservation d'adresse d'impulsions est en80, le signal de conservation d'adresse de récepteur en 81, le signal de validation de multiplexeur en 82, le signal de déclenchement du générateur d'impulsions

en 83 et l'impulsion en 84.

L'appareil électronique est destiné à permettre la connexion de plusieurs transducteurs, par exemple d'une

tête d'inspection, à un emplacement éloigné. Dans un exem-

ple, les transducteurs sont des transducteurs ultrasonores à cristal piézoélectrique qui sont espacés autour d'une

soudure circonféentielle de la cuve d'un réacteur surrégéné-

rateur qui doit être inspecté. L'appareil est placé dans l'anneau de faible dimension délimité entre la cuve et sa double enveloppe. L'appareil peut commander individuellement les transducteurs et peut transmettre un signal d'écho à

un ensemble central qui est en dehors de l'enveloppe.

Le nombre de câbles blindés à haute tension, qui sont

encombrants et qui sont nécessaires entre la tête d'inspec-

tion et la pièce de commande, est notablement réduit par rapport à un système ayant une alimentation et une commande

séparées pour chaque transducteur.

Un opérateur peut adresser un circuit générateur d'impulsions particulier et peut recevoir l'écho au niveau d'un transducteur particulier qui peut être celui qui

a émis l'émission ou l'un des autres. Un générateur parti-

1 1 culier d'impulsions peut fonctionner de façon répétée et des échos peuvent être reçus par les autres tansducteurs, successivement; dans une variante, un certain nombre de transducteurs peuvent être commandés successivement et les échos peuvent être reçus par des transducteurs choisis en fonction d'un diagramme prédéterminé, chaque

déclenchement provoquant la formation d'un signal d'écho.

Le déclenchement peut être commandé par ordinateur et

peut être automatique. Par exemple, douze signaux de déclen-

chement peuvent être appliqués par la ligne O/PA succes-

sivement, avec les échos reçus par les lignes O/PA à O/PL successivement. Ensuite, douze signaux peuvent être transmis par la ligne O/PB, les échos étant reçus par les lignes O/PA à O/PL, et ainsi de suite jusqu'à la transmission de douze signaux de déclenchement par la ligne O/PL. Cette

séquence peut être effectuée de manière répétée à inter-

valles prédétermines.

Lorsque le transducteur qui doit recevoir l'écho est différent de celui qui a -émis l'impulsion, un second signal d'adresse convenable est transmis au multiplexeur

avant la conservation de l'adresse du générateur d'impul-

sions et la conservation de l'adresse du multiplexeur.

Les signaux d'échos peuvent par exemple être transmis à un dispositif d'affichage visuel au niveau duquel l'inspection de l'affichage et/ou la comparaison à des affichages prédéterminés peut donner des informations sur l'existence, la nature, la profondeur ou une autre caractéristique d'un défaut. Les signaux d'échos peuvent être transmis à un ordinateur qui peut effectuer des calculs

donnant d'autres informations concernant un défaut quel-

conque.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de détection, caractérisé en ce qu'il comprend l'excitation d'un transducteur ultrasonore, choisi parmi plusieurs, et la transmission à une ligne commune de sortie d'un signal d'écho provenant d'un transducteur prédétermine.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'excitation du transducteur choisi

en fonction d'un signal codé de sélection de transducteur.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2,

caractérisé en ce qu'il comprend la sélection du transduc-

teur prédéterminé en fonction d'un signal codé de sélection

d'un transducteur d'écho.

4. Procédé de détermination de défauts, caractérisé en ce qu'il comprend la mise en oeuvre d'un procédé selon

l'une quelconque des revendications précédentes.

5. Appareil de détection, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs transducteurs ultrasonores, un dispositif (29) d'excitation de l'un quelconque des transducteurs, et un dispositif (30) destiné à transmettre une sortie

commune, un signal d'écho provenant d'untransducteur prédé-

terminé.

6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une unité de multiplexage (30) reliée aux transducteurs et destinée à recevoir le signal d'écho du transducteur prédéterminé et à transmettre un signal

de sortie à une ligne commune. -

7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'unité de multiplexage (30) reçoit un signal

codé afin que le transducteur prédéterminé soit sélectionné.

8. Appareil selon l'une quelconque des revendi-

cations 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un généra-

teur d'impulsions (29) destiné à recevoir un signal codé afin qu'il sélectionne l'un des transducteurs à exciter

en fonction du code.

9. Appareil selon l'une des revendications 7 et 8,

caractérisé en ce qu'il comprend une unité de commande (28)

destinée à assurer le fonctionnement séquentiel du généra-

teur d'impulsions et de l'unité de multiplexage en fonction

d'un signal codé.

10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que les signaux codés destinés au générateur d'impul- sions (29), à l'unité de multiplexage (30) et à l'unité

de commande (28) passent par un câble commun.