WO1991008477A2 - Appareil pour la determination automatique et non destructive de la classe de proprietes mecaniques standardisees d'un echantillon de materiau hygroscopique - Google Patents

Appareil pour la determination automatique et non destructive de la classe de proprietes mecaniques standardisees d'un echantillon de materiau hygroscopique Download PDF

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    • G01N2291/105—Number of transducers two or more emitters, two or more receivers

Definitions

  • the present invention aims to eliminate these drawbacks and to provide an apparatus for the automatic and non-destructive determination of the class of standardized mechanical properties of a sample of a hygroscopic material such as wood, from measurements carried out by the apparatus. itself on the sample considered.
  • the invention is in accordance with claim 1.
  • Fig. 1 is a schematic overview of this embodiment.
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of one of the two multiple detector heads that this embodiment comprises.
  • Fig. 3 is a block diagram of the apparatus according to FIG. In fig. 1, we see in 1 a wooden beam which we want to know the class of standardized mechanical property to which it belongs.
  • the body of the head 2 is made of electrically insulating material. It is equipped inside with a sliding body 2a, inside which is arranged a piezoelectric transducer 11 serving either for the emission of ultrasonic waves, or for the reception of these.
  • the body 2 is integral with two metal points 10, 12 intended to be pressed into the beam 1, as shown in the drawing, to ensure the fixing of the body 2 against a face of the beam 1, when they are pressed into this face by acting for example with a hammer on the left end of the head 2, in FIG. 2.
  • a compression spring 9 is used to apply the transducer 11 against the end of the beam. It also serves to protect the transducer from shocks during the insertion of the tips 10, 12.
  • These points 10, 12 serve as a probe for measuring the electrical resistance between them in order to determine the degree of humidity inside the beam 1.
  • One of the points, 12, is thermally connected to a thermistor 13 arranged in a cavity of the body 2 and which is used to measure the temperature in the beam 1.
  • the piezoelectric transducer 11 of the body 3 receives the ultrasonic waves emitted by the transducer 11 of the body 2.
  • the sensor elements of the heads 2, 3 are electrically connected to a box 4 in which the electronic devices are located which will be indicated below, and which comprises the keyboard 5 and a display device 6 with LCD for example .
  • these connections are made by cables such as 7 ensuring the transmission of information going from the detectors to the electronic devices which are in the housing 4.
  • the keyboard 5 is used to supply these devices with data supplied by the operator, for example the length of the beam, and the number of a code corresponding to the species of material constituting the beam 1 (species of tree for example ).
  • the emission of an ultrasonic wave is carried out by the device 11 of the head 2 (FIG. 2), while the reception is carried out by the same element of the identical head 3.
  • the information provided by the two devices 11, by the probes 10, 12 of the two heads 2 and 3, and by the two thermistors 13 of 2 and 3 are supplied to the housing 4.
  • Fig. 3 schematically shows the various electronic devices which are in the housing 4 or associated with it.
  • a microprocessor module 35 associated with a RAM memory 32, a ROM memory 33 and
  • thermometric device 18 which is a thermometric device converting the information it receives, via its terminal 19, from the thermistor 13 and which supplies the microprocessor, by 30, the value of the measured temperature.
  • the microprocessor gives work orders to device 18, via line 29;
  • hygrometric device 20 which is a hygrometric device converting the information it receives, via its terminal 21, hygrometric probes 10, 12, and which converts them into a value corresponding to the degree of humidity measured, to supply them by 28 , to the microprocessor 31.
  • the latter gives work orders to the device 20, by a line 27;
  • the information calculated by the microprocessor namely the speed of propagation of the ultrasound, the value of the degree of humidity measured and the temperature measured, are stored in the RAM memory 32. From this data, the microprocessor calculates the normalized speed of propagation ultrasonic wave, for the standard values of 12% humidity and 20 ° C temperature, for example, using the following procedure.
  • v -, 1 being the length of the beam and t the travel time of this length.
  • the length 1 is previously entered using the keyboard 5 and t is measured by 22.
  • the normalization coefficient K ⁇ has been determined in advance, experimentally; it is stored, for each wood species, in the ROM memory 33 (the coded value of the wood species of beam 1, is entered by the keyboard 17):
  • V 20 ° C ⁇ l- v
  • Electronic Moisture Meters MO 5819 These tables are memorized in the ROM memory 33.
  • the microprocessor 31 searches in these tables, the value of the degree of humidity at 20 ° C corresponding to the value measured at the temperature measured by 18.
  • v norm K 2- V 20 ° C + ⁇ 3
  • the microprocessor 31 searches, in a memorized table, for limit values for propagation of ultrasonic waves in the material of which it is made.
  • beam 1 in which class is the value of this normalized ultrasonic speed.
  • Class 2 5200 m / s ⁇ v norm ⁇ 5400 m / s
  • Class 1 5400 m / s ⁇ v norm ⁇ 5650 m / s
  • the microprocessor having thus found the class to which the beam 1 belongs, it makes it display the indication to the display device 6, at the same time as it stores the information in the RAM memory 32, for later use. possible.
  • the microprocessor module 35 is equipped with a non-volatile memory EEPROM 34, which stores the calibration constants of the device.
  • the device has been described in the case of wood, it is not limited to this example of use. It can be used for all hygroscopic materials for which it is desired to determine the class of mechanical properties to which it belongs.
  • the device is light and not bulky enough to be portable. It can be used for measurements made in any direction in the material to be tested.

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Abstract

Deux têtes (2, 3) comportent chacune trois sondes pour mesurer la vitesse de propagation d'ondes ultrasoniques dans une poutre à tester (1), le degré d'humidité et la température dans cette poutre, en coopération avec un module (35) à microprocesseur (31) et à mémoires (32, 33, 34). Le microprocesseur calcule la vitesse de propagation mesurée des ondes ultrasoniques et cette vitesse normée par rapport à une température de norme (p.ex. 20 °C), ainsi que cette même vitesse, normée par rapport à une valeur de norme (de p.ex. 15 %) du degré d'humidité. Sur cette base, le microprocesseur cherche dans quelle classe de propriétés mécaniques standardisées se trouve le matériau de la poutre (1), en cherchant, dans une table mémorisée des valeurs limites de propagation de ces ondes dans le matériau considéré, dans quelle classe se trouve la valeur de ladite vitesse de propagation normée. L'appareil permet la détermination automatique et non destructive, de la classe, en éliminant le facteur personnel.

Description

Appareil pour la détermination automatique et non destructive de la classe de propriétés mécaniques standardisées d'un échantillon de matériau hygroscopique
On sait que pour divers matériaux de construction qui sont hygroscopiques, le bois en particulier, les propriétés mécaniques sont difficiles à déterminer, d'autant plus qu'elles varient avec le degré d'humidité à leur intérieur.
Jusqu'ici, pour le bois, on a établi expérimenta¬ lement des classes (3 ou 4 selon les systèmes) et c'est par inspection visuelle que des spécialistes du bois, rangent les échantillons dans la classe qui paraît ap¬ propriée. Cette façon de procéder est très approximative et dépendante du spécialiste. De plus elle ne tient guère compte du facteur teneur en humidité et température du matériau.
La présente invention vise à éliminer ces inconvénients et à fournir un appareil pour la détermination automatique et non destructive de la classe de propriétés mécaniques standardisées d'un échantillon d'un matériau hygroscopique tel que le bois, à partir de mesures effectuées par l'appareil lui-même sur l'échantillon considéré. L'invention est conforme à la revendication 1.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil objet de 1'invention.
Fig. 1 est une vue d'ensemble schématique de cette forme d'exécution.
Fig. 2 est une vue en coupe, schématique, d'une des deux têtes à détecteurs multiples que comporte cette forme d'exécution.
Fig. 3 est un schéma bloc de l'appareil selon fig. Sur la fig. 1, on voit en 1 une poutre en bois dont on désire connaître la classe de propriété mécaniques standardisées à laquelle elle appartient.
En 2 on a indiqué très schématiquement deux têtes 2 , 3, appliquées chacune à l'une des extrémités de la poutre 1 et qui comportent chacune, comme on le verra plus loin, trois sondes ou détecteurs servant à mesurer le temps de propagation d'une onde ultrasonique émise par 2 et reçue par 3, le taux d'humidité dans la poutre et la température dans la poutre. Ces détecteurs sont de types connus. 4 est un boîtier dans lequel sont des dispositifs électroniques et qui est muni d'un clavier 5 et d'un affichage 6.
Sur la fig. 2, on voit la tête 2. Le corps de la tête 2 est en matière électriquement isolante. Il est équipé à son intérieur d'un corps coulissant 2a, à l'intérieur duquel est disposé un transducteur piézo¬ électrique 11 servant soit à l'émission d'ondes ultrasoniques, soit à la réception de celles-ci. Le corps 2 est solidaire de deux pointes métalliques 10, 12 destinées à être enfoncées dans la poutre 1, comme montré sur le dessin, pour assurer la fixation du corps 2 contre une face de la poutre 1, lorsqu'on les enfonce dans cette face en agissant par exemple avec un marteau sur l'extrémité de gauche de la tête 2, sur la fig. 2.
Un ressort de compression 9 sert à appliquer le transducteur 11 contre l'extrémité de la poutre. Il sert aussi à protéger le transducteur des chocs pendant l'enfoncement des pointes 10, 12.
Ces pointes 10, 12, servent de sonde pour mesurer la résistance électrique entre elles en vue de déterminer le degré d'humidité à l'intérieur de la poutre 1.
L'une des pointes, 12, est thermiquement reliée à une thermistance 13 disposée dans une cavité du corps 2 et qui sert à mesurer la température dans la poutre 1. A l'autre extrémité (non représentée) de la poutre 1, le transducteur piézo-électrique 11 du corps 3, reçoit les ondes ultrasoniques émises par le transducteur 11 du corps 2.
Sur la fig. 1, on voit que les éléments détecteurs des têtes 2, 3 sont reliés électriquement à un boîtier 4 dans lequel se trouvent les dispositifs électroniques qui seront indiqués plus loin, et qui comporte le clavier 5 et un dispositif d'affichage 6 à LCD par exemple. On voit sur la fig. 2 que ces liaisons se font par des câbles tels que 7 assurant la transmission des informations allant des détecteurs aux dispositifs électroniques qui sont dans le boîtier 4.
Le clavier 5 sert à fournir à ces dispositifs des données fournies par l'opérateur, par exemple la longueur de la poutre, et le numéro d'un code correspondant à l'espèce de matériau constituant la poutre 1 (espèce d'arbre par exemple).
Dans l'exemple selon fig. 1, l'émission d'une onde ultrasonore se fait par le dispositif 11 de la tête 2 (fig. 2) , tandis que la réception se fait par le même élément de la tête identique 3.
Les informations fournies par les deux dispositifs 11, par les sondes 10, 12 des deux têtes 2 et 3, et par les deux thermistances 13 de 2 et 3 sont fournies au boîtier 4.
La fig. 3 montre schématiquement les différents dispositifs électroniques qui sont dans le boîtier 4 ou associés à celui-ci.
Il y a : un module 35 à microprocesseur 31, associé à une mémoire RAM 32, à une mémoire ROM 33 et à
\ une mémoire EEPROM 34, dont les fonctions sont indiquées plus loin.
Il y a aussi un groupe de dispositifs que voici:
15, qui est un interface série, de type RS 232, qui permet d'établir une liaison avec un ordinateur non représenté, par exemple un PC, afin de collecter les mesures journalières effectuées;
6, qui est le dispositif d'affichage à LCD déjà mentionné;
5, qui est le clavier déjà cité et qui permet d'introduire notamment la valeur de la longueur de la poutre 1;
18, qui est un dispositif thermométrique convertissant l'information qu'il reçoit, par sa borne 19, de la thermiεtance 13 et qui fournit au microprocesseur, par 30, la valeur de la température mesurée. Le micro-processeur donne des ordres de travail au dispositif 18, par la ligne 29;
20, qui est un dispositif hygrométrique convertis¬ sant l'information qu'il reçoit, par sa borne 21, des sondes hygrométriques 10, 12, et qui les convertit en valeur correspondant au degré d'humidité mesuré, pour les fournir, par 28, au microprocesseur 31. Ce dernier donne des ordres de travail au dispositif 20, par une ligne 27;
22, qui est relié aux transducteurs piézo¬ électriques 11 des deux têtes 2 et 3, par des bornes 23, 24 et dont la fonction est de déterminer le temps de propagation des ondes ultrasonores dans la poutre 1, et de fournir cette valeur au microprocesseur 31, par la ligne 26. 25 est la ligne par laquelle le microprocesseur donne des ordres de travail au dispositif 22.
Les informations calculées par le microprocesseur, soit la vitesse de propagation des ultrasons, la valeur du degré d'humidité mesurée et la température mesurée, sont stockées dans la mémoire RAM 32. A partir de ces données, le microprocesseur calcule la vitesse normée de propagation de l'onde ultrasonique, pour les valeurs de norme de 12 % d'humidité et 20° C de température, par exemple, selon la procédure suivante.
Calcul de la vitesse de propagation v de l'onde ultrasonique :
v = - , 1 étant la longueur de la poutre et t le temps de parcours de cette longueur. La longueur 1 est préalablement introduite au moyen du clavier 5 et t est mesuré par 22.
Calcul de la vitesse de propagation normée pour une température de norme de 20° C: le coefficient de normalisation K^ a été déterminé d'avance, expérimenta¬ lement; il est mémorisé, pour chaque essence de bois, dans la mémoire ROM 33 (la valeur codée de l'essence de bois de la poutre 1, est introduite par le clavier 17) :
V20°C = κl-v
Calcul du taux d'humidité norme selon la température (p.ex. 2o°C) . Il a lieu à partir de tables de normalisation établies par le fabricant d'appareils de mesure du degré d'humidité, par exemple Siemens
Electronic Moisture Meters MO 5819. Ces tables sont mémorisées dans la mémoire ROM 33. Le microprocesseur 31 recherche dans ces tables, la valeur du degré d'humidité à 20°C correspondant à la valeur mesurée à la température mesurée par 18.
Calcul de la vitesse ultrasonique normée (vnorm) pour un degré d'humidité donné, par exemple 12% à 2o°C.
Les coefficients de normalisation K2 et K3 sont déterminés expérimentalement, à l'avance, et les valeurs de ces coefficients sont mémorisées dans la mémoire ROM 33. La valeur de vnorm est : vnorm = K2-V20°C + κ3
Ensuite, le microprocesseur 31 cherche, dans une table mémorisée des valeurs limites de propagation des ondes ultrasoniques dans le matériau dont est faite la poutre 1, dans quelle classe se trouve la valeur de cette vitesse ultrasonique normée.
Ces valeurs limites, utilisées par l'Ecole poly¬ technique fédérale de Lausanne, sont par exemple les suivantes et c'est dans la mémoire ROM 33 qu'elles sont stockées:
Classe 3 : vnorm < 5200 m/s
Classe 2 : 5200 m/s < vnorm < 5400 m/s
Classe 1 : 5400 m/s < vnorm < 5650 m/s
Classe 0 : vnorm > 5650 m/s
Le microprocesseur ayant ainsi trouvé la classe à laquelle appartient la poutre 1, il en fait afficher l'indication au dispositif d'affichage 6, en même temps qu'il en fait stocker l'information dans la mémoire RAM 32, pour une utilisation ultérieure éventuelle.
Le module à microprocesseur 35 est équipé d'une mémoire non volatile EEPROM 34, qui stocke les constantes d'étalonnage de l'appareil.
Bien que l'appareil ait été décrit dans le cas du bois, il n'est pas limité à cet exemple d'utilisation. Il est utilisable pour tous matériaux hygroscopiques dont on désire déterminer la classe de propriétés mécaniques à laquelle il appartient.
L'appareil est suffisamment léger et peu volumineux pour être portable. Il peut être utilisé pour des mesures effectuées selon n'importe quelle direction dans le matériau à tester.

Claims

Revendications
1. Appareil pour la détermination automatique et non destructive de la classe de propriétés mécaniques standardisées d'un échantillon d'un matériau hygroscopique, caractérisé en ce qu'il comporte : des moyens de mesure (22, 31) de la vitesse de propagation d'ondes acoustiques dans l'échantillon (1), des moyens de mesure (10, 12 20) du degré d'humidité dans l'échantillon, des moyens de mesure (12, 13, 18) de la température dans l'échantillon, en ce qu'il comporte une unité de gestion (35) à microprocesseur (31) et mémoires (32, 33, 34), à laquelle ces trois moyens de mesure sont reliés électriquement, ces mémoires étant prévues pour mémoriser, pour au moins une espèce de matériau : a) des valeurs numériques représentatives de la variation de la vitesse des ondes acoustiques dans cette espèce de matériau, en fonction de la température dans ce matériau, b) des valeurs numériques représentatives de la variation du degré d'humidité dans cette espèce de matériau, en fonction de la température dans ce matériau, c) des valeurs numériques représentatives de la variation de la vitesse de propagation des ondes acoustiques dans cette espèce de matériau, normée par rapport à une température de référence, en fonction du degré d'humidité norme aussi par rapport à la température de norme, pour cette même espèce de matériau, d) des valeurs numériques de vitesses de propagation normées par rapport à la température de référence, des ondes acoustiques dans l'espèce de matériau considérée,orrespondant aux limites de différentes classes de propriétés mécaniques standardisées de cette espèce de matériau, et en ce que le microprocesseur (31) est agencé pour déterminer, pour l'espèce de matériau testé : e) la vitesse de propagation des ondes acoustiques, normée pour une température de référence, au moyen de la mémoire a précitée, f) le degré d'humidité norme pour cette température de référence, au moyen de la mémoire b précitée, g) la valeur particulière de cette vitesse de propagation normée des ondes acoustiques qui correspond à la valeur calculée du degré d'humidité norme, au moyen de la mémoire c précitée, le microprocesseur (31) étant en outre agencé pour comparer cette valeur particulière de la vitesse de propagation des ondes acoustiques, à des valeurs mémorisées, dans la mémoire d précitée, de cette même vitesse, qui correspondent à des limites de classes de propriétés mécaniques standardisées, et pour déterminer, par cette comparaison, la classe à laquelle l'échantillon testé appartient, et pour produire l'affichage de la classe ainsi déterminée sur un moyen d'affichage de l'appareil.
2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une tête de mesure (2) dans laquelle trois détecteurs (11; 10, 12; 12, 13) des moyens de mesure précités sont incorporés, cette tête présentant des moyens (10, 12) pour l'appliquer et la maintenir en contact avec une partie de la surface de l'échantillon.
3. Appareil selon la revendication 2 , caractérisé en ce que les moyens détecteurs de la vitesse de propagation acoustique dans l'échantillon comprennent un transducteur (11) et des moyens élastiques (9) appliquant ce transducteur (11) sur la surface de l'échantillon (1) et agissant aussi comme amortisseur de chocs protégeant ce transducteur.
4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que des moyens détecteurs de la température (12, 13) et du degré d'humidité (10, 12) dans l'échantillon comprennent deux sondes (10, 12) prévues pour être enfoncées à distance de la surface de l'échantillon (1) et agir ainsi comme moyen de fixation de la tête précitée (2) sur l'échantillon (1), ces deux sondes (10, 12) étant associées à des moyens (20) pour mesurer la résistance électrique entre elles, qui définit la valeur du degré d'humidité, l'une de ces sondes (12) coopérant avec une ther istance (13) disposée dans la tête susmentionnée (2) au moyen d'un conducteur thermique (12) , pour déterminer la température dans l'échantillon
(1).
5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens à commande manuelle
(17) , pour introduire dans l'unité de gestion à micro¬ processeur (35) , sous forme numérique, la nature du matériau testé et la longueur du trajet effectué par les ondes ultrasoniques dans l'échantillon de matériau testé
(1).
PCT/CH1990/000266 1989-12-01 1990-11-21 Appareil pour la determination automatique et non destructive de la classe de proprietes mecaniques standardisees d'un echantillon de materiau hygroscopique Ceased WO1991008477A2 (fr)

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DE69016009T DE69016009T2 (de) 1989-12-01 1990-11-21 Gerät zur automatischen und zerstörungsfreien bestimmung der klasse standardisierter mechanischer eigenschaften einer probe eines hygroskopischen materials.
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