CA2530197C - Procede et dispositif d'imagerie magneto-optique - Google Patents
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Abstract
Procédé et dispositif d'imagerie magnéto-optique quantitative, pour former une image d'un matériau cible (2). Un matériau actif (15) est utilisé pour engendrer une rotation Faraday dans un faisceau lumineux polarisé. Ce matériau est placé à proximité du matériau cible (2) à imager. La rotation Faraday de ce matériau actif (15) est sensiblement proportionnelle à l'aimantation magnétique lorsqu'il est soumis à un champ magnétique d'excitation. Des moyens photo-détecteurs (7), détectent le faisceau réfléchi après traversée du matériau actif. En analysant la lumière du faisceau réfléchi, on en déduit l'amplitude et la phase d'un champ magnétique de perturbation créé par un défaut dans le matériau cible (2), soumis au champ magnétique d'excitation.
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF D'IMAGERIE MAGNETO-OPTIQUE
L'invention concerne le domaine des procédés et des dispositifs d'imagerie magnéto-optique.
Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé d'imagerie magnéto-optique comprenant .
- le positionnement, à proximité d'un matériau cible, d'une face sensiblement plane d'un matériau actif magnétique adapté pour engendrer une rotation Faraday dans un faisceau lumineux polarisé, - la génération d'un champ magnétique excitateur de pulsation w dans le matériau cible, - la projection d'un faisceau incident lumineux polarisé, à travers le matériau actif, vers le matériau cible, - la détection, grâce à des moyens photo-détecteurs, d'un faisceau réfléchi correspondant à la réflexion sur une surface réfléchissante située entre le matériau actif et le matériau cible, et - l'observation de l'angle de la rotation Faraday dans le faisceau réfléchi, par rapport au faisceau incident, créée, dans le matériau actif, par un champ magnétique de perturbation, engendré par le matériau cible.
On connaît déjà, notamment, grâce aux documents US 4 625 167, US 4 755 752, US 5 053 704 et US 5 446 378, de tels procédés, ainsi que des appareils magnéto-optiques mettant en oeuvre de tels procédés.
De tels procédés et dispositifs sont généralement utilisés, mais pas exclusivement, pour faire du contrôle non destructif par courant de Foucault. Ils allient l'utilisation des courants de Foucault et de l'effet
L'invention concerne le domaine des procédés et des dispositifs d'imagerie magnéto-optique.
Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé d'imagerie magnéto-optique comprenant .
- le positionnement, à proximité d'un matériau cible, d'une face sensiblement plane d'un matériau actif magnétique adapté pour engendrer une rotation Faraday dans un faisceau lumineux polarisé, - la génération d'un champ magnétique excitateur de pulsation w dans le matériau cible, - la projection d'un faisceau incident lumineux polarisé, à travers le matériau actif, vers le matériau cible, - la détection, grâce à des moyens photo-détecteurs, d'un faisceau réfléchi correspondant à la réflexion sur une surface réfléchissante située entre le matériau actif et le matériau cible, et - l'observation de l'angle de la rotation Faraday dans le faisceau réfléchi, par rapport au faisceau incident, créée, dans le matériau actif, par un champ magnétique de perturbation, engendré par le matériau cible.
On connaît déjà, notamment, grâce aux documents US 4 625 167, US 4 755 752, US 5 053 704 et US 5 446 378, de tels procédés, ainsi que des appareils magnéto-optiques mettant en oeuvre de tels procédés.
De tels procédés et dispositifs sont généralement utilisés, mais pas exclusivement, pour faire du contrôle non destructif par courant de Foucault. Ils allient l'utilisation des courants de Foucault et de l'effet
2 Faraday. Ils permettent de détecter des défauts, tels que des fissures aux pieds de rivets ou de la corrosion, présents dans une cible conductrice. Ils trouvent des applications notamment en aéronautique et dans le nucléaire.
Cependant, les procédés et dispositifs connus ne permettent qu'une caractérisation qualitative de défaut. Les images obtenues sont binaires.
Un but de l'invention est de fournir un procédé et un dispositif d'imagerie magnéto-optique permettant une caractérisation quantitative des défauts.
Pour cheminer vers ce but, l'invention fournit en particulier un procédé qui, outre les caractéristiques déjà
mentionnées, est caractérisé par le fait que .
- la rotation Faraday du matériau actif est sensiblement proportionnelle à son aimantation magnétique lorsqu'il est soumis à un champ magnétique de perturbation, perpendiculaire à ladite face et variant dans une plage minimale s'entendant entre sensiblement -1 Oersteds et sensiblement +1 Oersteds, et que - l'on détermine, à partir de la valeur de l'angle de la rotation Faraday, la valeur de l'aimantation du matériau actif, sous l'effet du champ magnétique de perturbation.
Grâce à l'invention, et en particulier grâce à
l'utilisation d'un matériau actif dont la rotation Faraday est proportionnelle au champ dans lequel il baigne, il est possible de déterminer, à partir d'une intensité lumineuse locale, la valeur, en module et en phase, du champ magnétique de perturbation caractéristique dus aux défauts dans le, matériau cible. On peut ainsi accéder, en temps réel, à une cartographie du matériau cible caractérisant précisément les défauts (profondeur de corrosion, dimension
Cependant, les procédés et dispositifs connus ne permettent qu'une caractérisation qualitative de défaut. Les images obtenues sont binaires.
Un but de l'invention est de fournir un procédé et un dispositif d'imagerie magnéto-optique permettant une caractérisation quantitative des défauts.
Pour cheminer vers ce but, l'invention fournit en particulier un procédé qui, outre les caractéristiques déjà
mentionnées, est caractérisé par le fait que .
- la rotation Faraday du matériau actif est sensiblement proportionnelle à son aimantation magnétique lorsqu'il est soumis à un champ magnétique de perturbation, perpendiculaire à ladite face et variant dans une plage minimale s'entendant entre sensiblement -1 Oersteds et sensiblement +1 Oersteds, et que - l'on détermine, à partir de la valeur de l'angle de la rotation Faraday, la valeur de l'aimantation du matériau actif, sous l'effet du champ magnétique de perturbation.
Grâce à l'invention, et en particulier grâce à
l'utilisation d'un matériau actif dont la rotation Faraday est proportionnelle au champ dans lequel il baigne, il est possible de déterminer, à partir d'une intensité lumineuse locale, la valeur, en module et en phase, du champ magnétique de perturbation caractéristique dus aux défauts dans le, matériau cible. On peut ainsi accéder, en temps réel, à une cartographie du matériau cible caractérisant précisément les défauts (profondeur de corrosion, dimension
3 des fissures, etc.), notamment lorsque l'on associe le procédé selon l'invention avec une modélisation des moyens de génération du champ magnétique excitateur.
Le procédé selon l'invention peut comporter en outre, l'une et/ou l'autre des dispositions suivantes .
- le champ magnétique excitateur est généré grâce à
un inducteur alimenté par un courant excitateur variable ;
- il comprend une mesure, par détection synchrone, de la variation de la phase du champ magnétique de perturbation par rapport à celle du courant excitateur ;
- l'amplitude du champ magnétique de perturbation est mesurée à partir de l'intensité lumineuse du faisceau réfléchi ;
- le faisceau incident est modulé en amplitude à la même fréquence que celle du champ excitateur.
Selon un autre aspect, l'invention concerne un dispositif d'imagerie magnéto-optique, pour former une image d'un matériau cible, ce dispositif comprenant .
- un matériau actif, comportant une face sensiblement plane, magnétique et adapté pour engendrer une rotation Faraday dans un faisceau lumineux polarisé, - des moyens générateurs d'un champ magnétique excitateur de pulsation w dans le matériau actif et dans le matériau cible lorsque le dispositif d'imagerie est disposé
à proximité de ce matériau cible, - une source lumineuse pour projeter un faisceau incident lumineux polarisé, à travers le matériau actif, vers le matériau cible, lorsque le dispositif d'imagerie est disposé à proximité de ce matériau cible, - des .moyens photo-détecteurs, pour détecter un faisceau réfléchi correspondant à la réflexion, après
Le procédé selon l'invention peut comporter en outre, l'une et/ou l'autre des dispositions suivantes .
- le champ magnétique excitateur est généré grâce à
un inducteur alimenté par un courant excitateur variable ;
- il comprend une mesure, par détection synchrone, de la variation de la phase du champ magnétique de perturbation par rapport à celle du courant excitateur ;
- l'amplitude du champ magnétique de perturbation est mesurée à partir de l'intensité lumineuse du faisceau réfléchi ;
- le faisceau incident est modulé en amplitude à la même fréquence que celle du champ excitateur.
Selon un autre aspect, l'invention concerne un dispositif d'imagerie magnéto-optique, pour former une image d'un matériau cible, ce dispositif comprenant .
- un matériau actif, comportant une face sensiblement plane, magnétique et adapté pour engendrer une rotation Faraday dans un faisceau lumineux polarisé, - des moyens générateurs d'un champ magnétique excitateur de pulsation w dans le matériau actif et dans le matériau cible lorsque le dispositif d'imagerie est disposé
à proximité de ce matériau cible, - une source lumineuse pour projeter un faisceau incident lumineux polarisé, à travers le matériau actif, vers le matériau cible, lorsque le dispositif d'imagerie est disposé à proximité de ce matériau cible, - des .moyens photo-détecteurs, pour détecter un faisceau réfléchi correspondant à la réflexion, après
4 traversée du matériau actif, du faisceau incident sur une surface réfléchissante, caractérisé par le fait que la rotation Faraday du matériau actif est sensiblement proportionnelle à son aimantation magnétique lorsqu'il est soumis à un champ magnétique de perturbation engendré dans le matériau cible, perpendiculaire à ladite face et variant dans une plage minimale s'entendant entre sensiblement -1 Oersteds et sensiblement +1 Oersteds.
Le dispositif selon l'invention peut comporter en outre, l'une et/ou l'autre des dispositions suivantes - il comporte un inducteur alimenté par un courant excitateur variable, pour générer le champ magnétique excitateur, - il comporte des moyens de modulation du faisceau incident pour le moduler en amplitude à la même fréquence que celle du champ excitateur ; et - il comprend des moyens de calcul pour déterminer, à partir de la valeur de l' angle de la rotation Faraday, la valeur de l'aimantation du matériau actif, sous l'effet d'un champ magnétique de perturbation engendré dans le matériau actif, par le matériau cible lorsque le dispositif d'imagerie est disposé à proximité de ce matériau cible.
Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier d'exécution de l'invention, donné à
titre d'exemple non limitatif.
La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels .
- la figure 1 représente schématiquement en perspective un dispositif d'imagerie magnéto-optique conforme à la présente invention ;
- la figure 2 représente schématiquement le principe de modulation magnéto-optique du dispositif représenté sur la figure 1 ;
- la figure 3 représente le cycle d'aimantation du
Le dispositif selon l'invention peut comporter en outre, l'une et/ou l'autre des dispositions suivantes - il comporte un inducteur alimenté par un courant excitateur variable, pour générer le champ magnétique excitateur, - il comporte des moyens de modulation du faisceau incident pour le moduler en amplitude à la même fréquence que celle du champ excitateur ; et - il comprend des moyens de calcul pour déterminer, à partir de la valeur de l' angle de la rotation Faraday, la valeur de l'aimantation du matériau actif, sous l'effet d'un champ magnétique de perturbation engendré dans le matériau actif, par le matériau cible lorsque le dispositif d'imagerie est disposé à proximité de ce matériau cible.
Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier d'exécution de l'invention, donné à
titre d'exemple non limitatif.
La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels .
- la figure 1 représente schématiquement en perspective un dispositif d'imagerie magnéto-optique conforme à la présente invention ;
- la figure 2 représente schématiquement le principe de modulation magnéto-optique du dispositif représenté sur la figure 1 ;
- la figure 3 représente le cycle d'aimantation du
5 matériau actif entrant dans la constitution du dispositif représenté sur la figure 1 ;
- la figure 4 représente une image de la partie réelle de la composante du champ magnétique de perturbation divisée par l'intensité lumineuse moyenne, cette image ayant été réalisée avec un dispositif du type de celui représenté
sur la figure 1 ; et - la figure 5 représente une image de la partie imaginaire du champ magnétique de perturbation, divisée par l'intensité lumineuse moyenne, cette image ayant été
réalisée avec un dispositif du type de celui représenté sur la figure 1.
Un exemple, non limitatif, de mode de réalisation du dispositif selon l'invention, est décrit ci-dessous en relation avec la figure 1. Dans cet exemple, le dispositif comporte .
un boîtier 1 adapté pour être déplacé à la surface d'un matériau cible 2 que l'on souhaite analyser, - un dispositif optique 3, - des moyens générateurs de champ magnétique excitateur 5, - des moyens photodétecteurs 7.
Plus précisément, le dispositif optique 3 comporte une source lumineuse 9,.un polariseur 11 et un analyseur 13.
Le polariseur 11 et l'analyseur 13 sont d'un type connu de l'homme du métier.
La source lumineuse 9 est par exemple constituée d'une diode électroluminescente. Des diodes de forte
- la figure 4 représente une image de la partie réelle de la composante du champ magnétique de perturbation divisée par l'intensité lumineuse moyenne, cette image ayant été réalisée avec un dispositif du type de celui représenté
sur la figure 1 ; et - la figure 5 représente une image de la partie imaginaire du champ magnétique de perturbation, divisée par l'intensité lumineuse moyenne, cette image ayant été
réalisée avec un dispositif du type de celui représenté sur la figure 1.
Un exemple, non limitatif, de mode de réalisation du dispositif selon l'invention, est décrit ci-dessous en relation avec la figure 1. Dans cet exemple, le dispositif comporte .
un boîtier 1 adapté pour être déplacé à la surface d'un matériau cible 2 que l'on souhaite analyser, - un dispositif optique 3, - des moyens générateurs de champ magnétique excitateur 5, - des moyens photodétecteurs 7.
Plus précisément, le dispositif optique 3 comporte une source lumineuse 9,.un polariseur 11 et un analyseur 13.
Le polariseur 11 et l'analyseur 13 sont d'un type connu de l'homme du métier.
La source lumineuse 9 est par exemple constituée d'une diode électroluminescente. Des diodes de forte
6 luminosité sont disponibles dans le commerce pour des longueurs d'onde variées. On choisira par exemple un diode rouge de 10 mm de diamètre et de forte luminosité (référence TLRH190P de la société TOSHIBA).
Un matériau optiquement actif 15 est intercalé entre le polariseur 11 et l'analyseur 13, sur le chemin optique.
Cet ensemble polariseur/matériau actif/analyseur constitue un modulateur de lumière magnéto-optique. Le principe de ce modulateur magnéto-optique est illustré par la figure 2. Le polariseur 11 et l'analyseur 13 sont croisés avec un angle v. Cet angle v est avantageusement choisi entre 45 et 90 degrés. Le plan de polarisation tourne sous l'effet de la rotation Faraday d'un angle p.
Le matériau optiquement actif 15 est par exemple un grenat ferrimagnétique ayant un cycle d'aimantation doux, linéaire et avec peu d'hystérésis. I1 s'agit par exemple d' un composé (GdPrBiTm) 3 (Al Fe) 5012 déposé en film de 5, 9 N.m d'épaisseur, par épitaxie en phase liquide à 768°C, sur un substrat de SGGG [(GdCa)3(GaMgZr)5012] d'un pouce de diamètre.
Dans ce type de grenat, la direction de facile aimantation est normale au plan du film.
Dans ce type de composé, les ions Bi3+ et pr3+
permettent d'obtenir une forte rotation Faraday. En outre, ils sont compatibles avec l'utilisation de longueurs d'onde correspondant aux couleurs proches du rouge.
Avantageusement, les domaines magnétiques de ce type de grenat sont de petites dimensions devant la taille des pixels des moyens photodétecteurs 7, ce qui permet de moyenner les contributions des domaines de direction d'aimantation opposées.
Un matériau optiquement actif 15 est intercalé entre le polariseur 11 et l'analyseur 13, sur le chemin optique.
Cet ensemble polariseur/matériau actif/analyseur constitue un modulateur de lumière magnéto-optique. Le principe de ce modulateur magnéto-optique est illustré par la figure 2. Le polariseur 11 et l'analyseur 13 sont croisés avec un angle v. Cet angle v est avantageusement choisi entre 45 et 90 degrés. Le plan de polarisation tourne sous l'effet de la rotation Faraday d'un angle p.
Le matériau optiquement actif 15 est par exemple un grenat ferrimagnétique ayant un cycle d'aimantation doux, linéaire et avec peu d'hystérésis. I1 s'agit par exemple d' un composé (GdPrBiTm) 3 (Al Fe) 5012 déposé en film de 5, 9 N.m d'épaisseur, par épitaxie en phase liquide à 768°C, sur un substrat de SGGG [(GdCa)3(GaMgZr)5012] d'un pouce de diamètre.
Dans ce type de grenat, la direction de facile aimantation est normale au plan du film.
Dans ce type de composé, les ions Bi3+ et pr3+
permettent d'obtenir une forte rotation Faraday. En outre, ils sont compatibles avec l'utilisation de longueurs d'onde correspondant aux couleurs proches du rouge.
Avantageusement, les domaines magnétiques de ce type de grenat sont de petites dimensions devant la taille des pixels des moyens photodétecteurs 7, ce qui permet de moyenner les contributions des domaines de direction d'aimantation opposées.
7 PCT/FR2004/001602 Comme représenté sur la figure 3, la courbe d'aimantation d'un tel grenat présente une partie sensiblement linéaire entre -100 Oersteds et +100 Oersteds environ. Enfin, on peut remarquer sur cette courbe que l'hystérésis est négligeable et que, de manière très avantageuse, la pente, dans la partie linéaire, est supérieure à 1 degré/Am-1.
L'une des faces du film de matériau actif 15 est recouverte d'une fine pellicule d'aluminium faisant office de miroir et assurant ainsi une réflexion quasi-totale des rayons lumineux provenant de la source lumineuse 9.
Le matériau optiquement actif 15 est plongé dans un champ magnétique sinusoïdal de fréquence f=c.~/2~, créé par les moyens générateurs de champ magnétique 5. La fréquence f est par exemple de 100kHz.
Les moyens générateurs de champ magnétique 5 sont par exemple constitués d'une plaque inductrice 17 adaptée pour induire des courants de Foucault dans la cible 2 (voir figure 1). Cette plaque inductrice 17 est alimentée avec un courant sinusoïdal I ayant une valeur efficace de 120A et une fréquence f de 100kHz. Cette plaque inductrice 17 est en cuivre. Elle fait sensiblement 350 ~m d'épaisseur et 8 par 8 centimètres de côté environ. Le champ magnétique produit par la plaque inductrice est d'environ 1kA/m. La plaque inductrice 17 est parallèle au film de matériau actif 15. En réponse au champ excitateur produit par la plaque inductrice 17, en présence d'un défaut dans le matériau cible, on observe un champ de perturbation Ho normal à la surface balayée avec la face du boîtier 1 parallèle à la plaque inductrice 17.
L'une des faces du film de matériau actif 15 est recouverte d'une fine pellicule d'aluminium faisant office de miroir et assurant ainsi une réflexion quasi-totale des rayons lumineux provenant de la source lumineuse 9.
Le matériau optiquement actif 15 est plongé dans un champ magnétique sinusoïdal de fréquence f=c.~/2~, créé par les moyens générateurs de champ magnétique 5. La fréquence f est par exemple de 100kHz.
Les moyens générateurs de champ magnétique 5 sont par exemple constitués d'une plaque inductrice 17 adaptée pour induire des courants de Foucault dans la cible 2 (voir figure 1). Cette plaque inductrice 17 est alimentée avec un courant sinusoïdal I ayant une valeur efficace de 120A et une fréquence f de 100kHz. Cette plaque inductrice 17 est en cuivre. Elle fait sensiblement 350 ~m d'épaisseur et 8 par 8 centimètres de côté environ. Le champ magnétique produit par la plaque inductrice est d'environ 1kA/m. La plaque inductrice 17 est parallèle au film de matériau actif 15. En réponse au champ excitateur produit par la plaque inductrice 17, en présence d'un défaut dans le matériau cible, on observe un champ de perturbation Ho normal à la surface balayée avec la face du boîtier 1 parallèle à la plaque inductrice 17.
8 Les moyens photodétecteurs 7 sont avantageusement constitués d'une matrice, plutôt que d'un capteur unique associé à un dispositif mécanique de balayage. Une caméra CCD analogique associée à une carte d'acquisition vidéo s'avère appropriée. Il s'agit par exemple du modèle XC-75CE
de la société SONY. Elle possède en effet les avantages suivants .
- une résolution spatiale suffisante (qui peut même permettre de moyenner les valeurs de pixels voisins afin de minimiser le bruit), - une simplicité de mise en oeuvre et une facilité
dans le traitement matriciel des données à partir d'un ordinateur, - un coût relativement modeste, et - un temps d'acquisition faible, comparé à des systèmes à multiplexage ou nécessitant les déplacements mécaniques.
De telles caméras CCD permettent l'acquisition d'une image toutes les 25 à 30 millisecondes.
Pour qu'il y ait compatibilité entre la période d'échantillonnage de cette caméra CCD et la fréquence f d'excitation du matériau actif, on module l'intensité
lumineuse de la source lumineuse 9 par stroboscopie, en alimentant la source lumineuse 9 par des impulsions de tension. Dans une version homodyne du dispositif selon l'invention, les impulsions de tension ont une fréquence identique à celles du courant sinusoïdal I et sont de déphasage constant n2~/N (où nE[O,N-1]).
Alors, par des techniques de détection synchrone numérique, il est possible de déduire l'amplitude Ho et la phase du champ magnétique de perturbation, par rapport à la
de la société SONY. Elle possède en effet les avantages suivants .
- une résolution spatiale suffisante (qui peut même permettre de moyenner les valeurs de pixels voisins afin de minimiser le bruit), - une simplicité de mise en oeuvre et une facilité
dans le traitement matriciel des données à partir d'un ordinateur, - un coût relativement modeste, et - un temps d'acquisition faible, comparé à des systèmes à multiplexage ou nécessitant les déplacements mécaniques.
De telles caméras CCD permettent l'acquisition d'une image toutes les 25 à 30 millisecondes.
Pour qu'il y ait compatibilité entre la période d'échantillonnage de cette caméra CCD et la fréquence f d'excitation du matériau actif, on module l'intensité
lumineuse de la source lumineuse 9 par stroboscopie, en alimentant la source lumineuse 9 par des impulsions de tension. Dans une version homodyne du dispositif selon l'invention, les impulsions de tension ont une fréquence identique à celles du courant sinusoïdal I et sont de déphasage constant n2~/N (où nE[O,N-1]).
Alors, par des techniques de détection synchrone numérique, il est possible de déduire l'amplitude Ho et la phase du champ magnétique de perturbation, par rapport à la
9 référence constituée par le courant sinusoïdal I alimentant la plaque inductrice 17.
En effet, si l'aimantation M, du matériau actif, est proportionnelle au champ magnétique de perturbation Ho, on dispose d'une rotation Faraday de la forme .
p(H) - kHo sin (wt) .
L'intensité lumineuse détectée par la caméra CCD est alors proportionnelle à cos2(v+p(H)) et après simplification pour les faibles valeurs de p, on obtient une intensité
lumineuse proportionnelle à (1+cos2v)/2- kHo sin2vsin(wt).
I1 est ainsi possible de remonter à l'amplitude Ho du champ de perturbation lié au défaut à caractériser.
Les figures 4 et 5 présentent des résultats obtenus pour une fissure débouchante mesurant 1 mm de large par 3 mm de long, dans une tôle d'aluminium, les courants inducteurs arrivant perpendiculairement à la plus grande dimension de cette fissure. Pour cette mesure, I=120A, f=100kHz et v=80°.
Sur les figures 4 et 5, les dimensions de l'image sont exprimées en pixels. La cartographie des parties réelle et imaginaire de la composante du champ magnétique de perturbation sont représentées respectivement sur les figures 4 et 5. Celles-ci ont été divisées par l'intensité
lumineuse moyenne afin de s'affranchir de l'éventuel éclairement non uniforme de la zone imagée du matériau cible, qui fait quelques centimètres carrés.
En associant ces résultats à une modélisation, par exemple par éléments finis en 3D, des moyens générateurs du champ magnétique excitateur 5, il est possible de caractériser précisément la fissure par ses dimensions.
Selon une variante du procédé et du dispositif selon l'invention tels que décrits ci-dessus, on réalise un montage hétérodyne. Dans ce cas, les fréquences du courant I
inducteur et de la source lumineuse sont légèrement différentes.
En effet, si l'aimantation M, du matériau actif, est proportionnelle au champ magnétique de perturbation Ho, on dispose d'une rotation Faraday de la forme .
p(H) - kHo sin (wt) .
L'intensité lumineuse détectée par la caméra CCD est alors proportionnelle à cos2(v+p(H)) et après simplification pour les faibles valeurs de p, on obtient une intensité
lumineuse proportionnelle à (1+cos2v)/2- kHo sin2vsin(wt).
I1 est ainsi possible de remonter à l'amplitude Ho du champ de perturbation lié au défaut à caractériser.
Les figures 4 et 5 présentent des résultats obtenus pour une fissure débouchante mesurant 1 mm de large par 3 mm de long, dans une tôle d'aluminium, les courants inducteurs arrivant perpendiculairement à la plus grande dimension de cette fissure. Pour cette mesure, I=120A, f=100kHz et v=80°.
Sur les figures 4 et 5, les dimensions de l'image sont exprimées en pixels. La cartographie des parties réelle et imaginaire de la composante du champ magnétique de perturbation sont représentées respectivement sur les figures 4 et 5. Celles-ci ont été divisées par l'intensité
lumineuse moyenne afin de s'affranchir de l'éventuel éclairement non uniforme de la zone imagée du matériau cible, qui fait quelques centimètres carrés.
En associant ces résultats à une modélisation, par exemple par éléments finis en 3D, des moyens générateurs du champ magnétique excitateur 5, il est possible de caractériser précisément la fissure par ses dimensions.
Selon une variante du procédé et du dispositif selon l'invention tels que décrits ci-dessus, on réalise un montage hétérodyne. Dans ce cas, les fréquences du courant I
inducteur et de la source lumineuse sont légèrement différentes.
Claims (8)
1. Procédé d'imagerie magnéto-optique comprenant :
- la génération d'un faisceau incident lumineux polarisé au moyen d'une source lumineuse (9), - le positionnement, à proximité d'un matériau cible (2), d'une face plane, d'un matériau actif (15) magnétique adapté pour engendrer une rotation Faraday dans le faisceau lumineux polarisé, - la génération d'un champ magnétique excitateur de pulsation w dans le matériau cible (2), - la projection du faisceau incident lumineux polarisé, à
travers le matériau actif (15), vers le matériau cible (2), et - l'observation de l'angle de la rotation Faraday dans le faisceau réfléchi, par rapport au faisceau incident, créée, dans le matériau actif (15), par un champ magnétique de perturbation engendré par le matériau cible (2), caractérisé en ce que ledit procédé comprend en outre :
- la modulation de l'intensité lumineuse du faisceau lumineux polarisé par stroboscopie de la source lumineuse (9), - la détection synchrone, au moyen de photo-détecteurs (7), d'un faisceau réfléchi correspondant à la réflexion sur une surface réfléchissante située entre le matériau actif (15) et le matériau cible (2), - la détermination de l'amplitude et de la phase du champ magnétique de perturbation (H0), à partir de l'intensité lumineuse du faisceau réfléchi détectée fonction de l'angle de la rotation Faraday observé, et - la rotation Faraday du matériau actif (15) étant e-s-proportionnelle à son aimantation magnétique lorsqu'il est soumis à un champ magnétique de perturbation, variant dans une plage minimale s'étendant entre -800A/m et +800A/m.
- la génération d'un faisceau incident lumineux polarisé au moyen d'une source lumineuse (9), - le positionnement, à proximité d'un matériau cible (2), d'une face plane, d'un matériau actif (15) magnétique adapté pour engendrer une rotation Faraday dans le faisceau lumineux polarisé, - la génération d'un champ magnétique excitateur de pulsation w dans le matériau cible (2), - la projection du faisceau incident lumineux polarisé, à
travers le matériau actif (15), vers le matériau cible (2), et - l'observation de l'angle de la rotation Faraday dans le faisceau réfléchi, par rapport au faisceau incident, créée, dans le matériau actif (15), par un champ magnétique de perturbation engendré par le matériau cible (2), caractérisé en ce que ledit procédé comprend en outre :
- la modulation de l'intensité lumineuse du faisceau lumineux polarisé par stroboscopie de la source lumineuse (9), - la détection synchrone, au moyen de photo-détecteurs (7), d'un faisceau réfléchi correspondant à la réflexion sur une surface réfléchissante située entre le matériau actif (15) et le matériau cible (2), - la détermination de l'amplitude et de la phase du champ magnétique de perturbation (H0), à partir de l'intensité lumineuse du faisceau réfléchi détectée fonction de l'angle de la rotation Faraday observé, et - la rotation Faraday du matériau actif (15) étant e-s-proportionnelle à son aimantation magnétique lorsqu'il est soumis à un champ magnétique de perturbation, variant dans une plage minimale s'étendant entre -800A/m et +800A/m.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détermine, à partir de la valeur de l'angle de la rotation Faraday, la valeur de l'aimantation du matériau actif (15), sous l'effet du champ magnétique de perturbation engendré dans le matériau actif (15), par le matériau cible (2).
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le champ magnétique excitateur est généré grâce à un inducteur (17) alimenté par un courant excitateur variable.
4. Procédé selon la revendication 2, comprenant une mesure, par détection synchrone, de la variation de la phase du champ magnétique de perturbation par rapport à celle du courant excitateur.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le faisceau incident est modulé en amplitude à la même fréquence que celle du champ excitateur.
6. Dispositif d'imagerie magnéto-optique, pour former une image d'un matériau cible (2), ce dispositif comprenant :
- un matériau actif (15), comportant une face plane, magnétique et adapté pour engendrer une rotation Faraday dans un faisceau lumineux polarisé, - des moyens générateurs d'un champ magnétique (5) excitateur de pulsation w dans le matériau actif (15) et dans le matériau cible (2), lorsque le dispositif d'imagerie est disposé à
proximité de ce matériau cible, et - une source lumineuse (9) pour projeter un faisceau incident lumineux polarisé, à travers le matériau actif (15), vers le matériau cible (2) lorsque le dispositif d'imagerie est disposé à
proximité de ce matériau cible (2), caractérisé en ce que le dispositif comprend en outre :
- des moyens de modulation de l'intensité lumineuse du faisceau lumineux polarisé par stroboscopie, - des moyens photo-détecteurs (7), pour détecter de manière synchrone un faisceau réfléchi correspondant à la réflexion, après traversée du matériau actif (15), du faisceau incident sur une surface réfléchissante, et - des moyens de calcul pour déterminer l'amplitude et de la phase du champ magnétique de perturbation (H0), à partir de l'intensité lumineuse du faisceau réfléchi détectée fonction de l'angle de la rotation Faraday observé, la rotation Faraday du matériau actif (15) étant proportionnelle à son aimantation magnétique lorsqu'il est soumis à un champ magnétique de perturbation, variant dans une plage minimale s'étendant entre -800A/m et +800A/m.
- un matériau actif (15), comportant une face plane, magnétique et adapté pour engendrer une rotation Faraday dans un faisceau lumineux polarisé, - des moyens générateurs d'un champ magnétique (5) excitateur de pulsation w dans le matériau actif (15) et dans le matériau cible (2), lorsque le dispositif d'imagerie est disposé à
proximité de ce matériau cible, et - une source lumineuse (9) pour projeter un faisceau incident lumineux polarisé, à travers le matériau actif (15), vers le matériau cible (2) lorsque le dispositif d'imagerie est disposé à
proximité de ce matériau cible (2), caractérisé en ce que le dispositif comprend en outre :
- des moyens de modulation de l'intensité lumineuse du faisceau lumineux polarisé par stroboscopie, - des moyens photo-détecteurs (7), pour détecter de manière synchrone un faisceau réfléchi correspondant à la réflexion, après traversée du matériau actif (15), du faisceau incident sur une surface réfléchissante, et - des moyens de calcul pour déterminer l'amplitude et de la phase du champ magnétique de perturbation (H0), à partir de l'intensité lumineuse du faisceau réfléchi détectée fonction de l'angle de la rotation Faraday observé, la rotation Faraday du matériau actif (15) étant proportionnelle à son aimantation magnétique lorsqu'il est soumis à un champ magnétique de perturbation, variant dans une plage minimale s'étendant entre -800A/m et +800A/m.
7. Dispositif selon la revendication 6, comportant :
- un inducteur (17) alimenté par un courant excitateur variable, pour générer le champ magnétique excitateur, et - des moyens de modulation du faisceau incident pour le moduler en amplitude à la même fréquence que celle du champ excitateur.
- un inducteur (17) alimenté par un courant excitateur variable, pour générer le champ magnétique excitateur, et - des moyens de modulation du faisceau incident pour le moduler en amplitude à la même fréquence que celle du champ excitateur.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les moyens de calcul sont aptes à
déterminer, à partir de la valeur de l'angle de la rotation Faraday, la valeur de l'aimantation du matériau actif (15), sous l'effet d'un champ magnétique de perturbation engendré dans le matériau actif (15), par le matériau cible (2) lorsque le dispositif d'imagerie est disposé à proximité de ce matériau cible (2).
déterminer, à partir de la valeur de l'angle de la rotation Faraday, la valeur de l'aimantation du matériau actif (15), sous l'effet d'un champ magnétique de perturbation engendré dans le matériau actif (15), par le matériau cible (2) lorsque le dispositif d'imagerie est disposé à proximité de ce matériau cible (2).
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