Procédé de sondage et appareil pour sa mise en oeuvre
La présente invention a pour objet un procédé de sondage au moyen de trains d'impulsions élastiques, dans lequel on recoit, quand le milieu à sonder présente au. moins s certaines caractéristiques de trans- mission, les échos obtenus par réflexion desdites impulsions sur des surfaces réfléchissantes du milieu à sonder.
Dans divers procédés connus de ce type, on examine une série d'échos obtenus par réflexion des impulsions au sein du milieu sondé, séparés par des intervalles de temps nettement inférieurs à la période de récurrence des impulsions émises, plusieurs. échos successifs apparaissant généralement, sur l'écran d'un oscilloscope, entre deux impulsions émises. successives. D'autre part, la fréquence de récurrence des impulsions émises est indépendante de celle des échos successifs, la première étant déterminée par l'émetteur, Ct la deuxième par la distance d parcourue à la vitesse v par les impulsions élastiques avant qu'elles rencontrent une surface réfléchissante.
Le procédé faisant l'objet de la présente invention est caractérisé en ce que l'on. synchronise la fréquence de récurrence des impulsions émises sur celle des échos reçus, cette fréquence commune de récurrence servant à indiquer la distance parcourue par les ondes élastiques dans le milieu sondé, l'absence d'échos reçus et de synchronisation indiquant que le milieu sondé ne présente pas lesdites caractéristiques de transmission.
L'invention a encore pour objet un appareil de sondage pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Les dessins annexés se rapportent à des exemples de mise en oeuvre du procédé selon l'invention et à des formes d'exécution de l'appareil selon l'invention.
La fig. 1 est le schéma général de principe des différentes formes d'exécution qui seront décrites;
la fig. 2 représente un exemple particulier de réalisation d'un appareil de mesure d'épaisseurs;
la fig. 3 illustre le fonctionnement de l'appareil de la fig. 1;
la fig. 4 représente un autre exemple particulier de réalisation d'un appareil de dépistage des défauts dans des pièces métalliques;
les fig. 5, 6 et 7 illustrent le fonctionnement de l'appareil de la fig. 4 ;
la fig. 8 représente un autre exemple particulier de réalisation d'un appareil de mesure d'épaisseurs.
A la fig. 1, 1 désigne un générateur d'impulsions électriques récurrentes, 2 un dispositif piézo-électrique qui les transforme en impulsions élastiques qui sont transmises à la pièce 3, suivant les trajets en pointillés, 4 un récepteur des échos électriques obtenus, 5 un organe de mesure de la fréquence de récur- rence de ces échos ou un organe permettant de faire battre ladite fréquence avec une fréquence de référence, 6 une source de synchronisation extérieure facultative.
Le générateur d'impulsions électriques est normalement synchronisé par les échos issus du récepteur 4.
Ceci suppose bien entendu que la période At de récurrence des échos soit inférieure à la période de récurrence To de l'oscillation du générateur en l'absence d'échos (dans le cas d'un oscillateur bloqué ou d'un autre oscillateur à relaxation, par exemple, celle-ci est déterminée par la constante de temps de son circuit à résistance - capacité). L'épaisseur maximum mesurable sera donc:
d max = (1)
2
Dans le cas où l'on utilise la source d'impulsions de synchronisation extérieure, 6, l'impulsion de démarrage des oscillations est fournie par ladite source 6 dont la période de récurrence est généralement très supérieure à At et égale à la période To définie cidessus.
On peut aussi utiliser, au contraire, une période To très légèrement supérieure à At, de façon que l'oscillateur de relaxation puisse se synchroniser sur At.
Le générateur 1 et le récepteur 4 peuvent d'ailleurs être combinés en un seul tube, comme on le montrera ci-dessous.
Dans le cas de la fig. 2, le générateur d'impulsions 1 est constitué par un oscillateur bloqué composé d'une pentode EL84, par exemple, ayant sa cathode 7 à la masse; sa grille de commande 8 est polarisée par une source lui fournissant une tension continue B réglable au moyen d'un potentiomètre, à travers une résistance de fuite de valeur réglable 9; elle est fortement couplée au circuit de plaque au moyen d'une inductance commune 10 dont un point
1 1 est relié à la masse, et au moyen d'un condensateur 12. L'écran 13 du tube 1 est connecté à la sortie d'un tube 28.
Ce tube 28 est une pentode EL84 qui sert à amplifier à la fois les impulsions de démarrage fournies par la source 6, d'un type connu, et les impulsions de synchronisation obtenues à partir des échos présents à la sortie du récepteur 4. Ces éléments, de même que le fréquencemètre 5, sont d'un type connu et ne seront pas décrits en détail.
La grille suppresseuse 14 du tube 1 est connectée à la masse.
HT désigne la source de haute tension continue de plaque et d'écran des tubes 1 et 28, 15 une self de choc, 16 une résistance de charge de la plaque du tube 28, 17 une capacité de liaison. Un point t 18 de l'inductance 10 est relié à un quartz 2 jouant le rôle de transducteur piézo-électrique. Ledit transducteur est relié au récepteur 4 comprenant, dans l'ensemble décrit, 4 pentodes 6BX6 connectées en cascade.
Le circuit de plaque du dernier tube du récepteur 4 est constitué par l'enroulement primaire 19 d'un transfor matèur dont le secondaire 20 est connecté à un détecteur à cristal 21 connecté à une capacité et à une résistance de détection (22 et 23) et suivi d'une cellule de filtrage composée d'une résistance 24 et d'une capacité 25; cette cellule est connectée, par l'intermédiaire d'une capacité de liaison 26 et d'une résistance de fuite 27 à la grille de commande du tube 28 dont les circuits comprennent des organes de réglage de l'amplitude des échos et des organes de mise en forme des impulsions-échos, organes d'un type connu et non figurés.
Le fonctionnement du dispositif de la fig. 2 est illustré par la fig. 3 dans laquelle on a représenté la tension de grille Vg du tube 1 en fonction du temps
t. On suppose que les deux premières oscillations figurées se produisent en l'absence d'écho, la période
de relaxation To de l'oscillateur bloqué 1 étant alors
imposée par la cadence des impulsions récurrentes fournies par la source 6. Bien entendu, la figure repré
sente la forme des impulsions du courant de grille et non les oscillations haute fréquence, de fréquence
5 Mcs par exemple, qui les constituent. On prendra, par exemple, To = 50 s, donc très supérieur aux
2d valeurs de At, définies par la formule At = -, dans
v laquelle d varie, dans l'exemple décrit, de 6 mm à
10 m.
Les valeurs correspondantes de At sont, dans un métal où la vitesse de propagation des ultrasons est v = 4500 mètres/s, par exemple, 2,6 61ls à 4,4 ms.
Quand les échos, déterminés par un obstacle situé à la distance d du palpeur, parviennent sur la grilleécran de l'oscillateur bloqué (après détection par le cristal 21 et les circuits associés, et amplification par le tube 28), ils synchronisent les impulsions produites par ce dernier sur leur période de récurrence At, ce qu'on a représenté pour les troisième et quatrième impulsions de la fig. 3. Bo étant la tension de déblocage du tube 1, l'amplitude des impulsions de démarrage produites par la source 6 et celle des échos doivent évidemment être supérieures à AB = B-Bo pour que le fonctionnement décrit ci-dessus se produise.
L'amplificateur 28 permet de régler convenablement ces amplitudes et les circuits de mise en forme des impulsions mentionnés ci-dessus permettent d'obtenir des tops très brefs correspondant au début de chaque écho et d'amplitude pratiquement indépendante de celle des échos: de cette façon, le déclenchement de l'impulsion émise par l'oscillateur bloqué se produit à un instant sensiblement indépendant de l'amplitude des échos reçus et défini uniquement par leur période de récurrence dont on obtient ainsi une mesure précise.
D'autre part, en réglant convenablement la polairisation B, on peut faire varier l'amplitude minimale des échos repérés par l'appareil et éliminer ainsi certains échos parasites indésirables. La constante de temps bt de relaxation de l'oscillateur bloqué peut être réglée en. faisant varier la valeur de la résistance 9
(6t est pris inférieur à At pour que les échos se pro disent t après la fin de l'oscillation de relaxation, quand Vg = B)
Le principe de la mesure de d à l'aide de l'appareil de la fig. 2 est le suivant: on mesure, au moyen du fréquencemètre 5, la fréquence de récurrence
des impulsions émises, qui, comme le montre la
fig. 3, est égale à celle des échos reçus et on en déduit d.
Dans la fig. 4, 1-4 désigne un tube oscillateur pentode type 3Q4, par exemple. Certains des éléments des circuits de ce tube sont désignés par les mêmes références que les éléments correspondants de la fig. 2, la prise 18 de connexion des oscillations au palpeur 2 étant ici remplacée par une bobine 18' de couplage inductif, 29 et 30 désignant respectivement un condensateur et une résistance qui permettent de prélever sur la plaque les impulsions produites par l'oscillateur bloqué 1-4 et 31, une capacité de liaison transmettant lesdites impulsions à la grille de commande 32 du tube 33.
Ce dernier est, par exemple, une pentode 3Q4 dont la cathode 34 et la grille suppresseuse 35 sont connectées à la masse et qui joue à la fois le rôle d'un oscillateur (par sa grille-écran 36, connectée, par l'intermédiaire de la résistance de protection 37, à l'une des bornes du circuit oscillant de plaque composé de la capacité variable 38 et de l'inductance 39 dont le point milieu 40 est relié à un transformateur 41 alimentant un haut-parleur 42 et connecté à la source HT de haute tension de plaque) et le rôle d'un mélangeur. Sa grille de commande 32 est polarisée par la batterie B, à travers la résistance 43. Les impulsions du courant de plaque du tube 33 sont, d'autre part, partiellement transmises à la grille de commande 8 du tube 1-4, par l'intermédiaire du potentiomètre 44 et de la capacité de liaison 45.
Le fonctionnement de l'oscillateur bloqué 1-4 est illustré par les fig. 5, 6 et 7 dans lesquelles les mêmes références se rapportent aux mêmes grandeurs que dans la fig. 3. Comme il n'existe pas, dans le cas de la fig. 4, de source de synchronisation 6, la constante de temps bt de l'oscillateur bloqué définit sa période
To de relaxation en l'absence d'échos.
Dans le cas de la fig. 4, on règle la période To, au moyen du potentiomètre 9, à une valeur légèrement supérieure à At. (Par exemple, on prendra
1 ¯ 1
To = 18 Kcs pour = 20Kcs; haute fréquence d'oscillation : 1 à 5 Mcs.)
Dans ces conditions, quand les échos parviennent à l'oscillateur bloqué 1-4 (ainsi désigné parce qu'il remplit à la fois la fonction de l'émetteur 1 et du récepteur 4 des fig. 1 et 2), ce dernier se synchronise automatiquement au voisinage de la période de récurrence fondamentale At des échos (fig. 5).
Les impulsions à la fréquence At, dont chacune est constituée par l'enveloppe des oscillation. s à haute fréquence, sont mélangées après détection dans le tube 33 à une oscillation basse fréquence dont la fré quence est égale à la fréquence fondamentale de résonance d'une pièce saine (20kas dans l'exemple décrit). Le battement acoustique obtenu est entendu grâce au haut-parleur 42. Pour une pièce saine, on observe donc un battement nul.
La fig. 6 illustre une analyse plus précise du phénomène: on considère quatre échos de fond a b c d correspondant respectivement à une pièce saine, à une pièce très légèrement défectueuse et absorbant ainsi une partie de l'énergie de l'écho de fond, qui est légèrement amorti, et à des pièces dont la transparence va en décroissant. L'écho a (le seul intervenant à la fig. 5) coupe l'axe des temps en A1 (fig. 6) et l'on peut considérer, en. négligeant sa largeur, que l'oscillateur bloqué est déclenché à l'instant A. Dans le cas de l'écho b, il sera déclenché à un instant légèrement postérieur, c'est-à-dire à Atb. On entendra alors un battement grave dans le haut-parleur 42, et la pièce sera considérée comme légèrement défectueuse.
Dans le cas des échos. c et d, aucune synchronisation ne sera obtenue ; il en serait de même pour des pièces présentant des défauts importants susceptibles d'intercepter complètement l'écho de fond, les échos fournis par réflexion. sur les obstacles au sein de la pièce n'étant pas, dans s l'exemple de réalisation décrit, susceptibles de synchroniser l'oscillateur bloqué. L'appareil considéré permet donc, dans l'hypothèse de la fig. 6, de repérer uniquement les défauts se traduisant par une absorption n. de l'écho de fond comprise entre certaines limites définies par l'appareil et réglables en agissant sur To, par exemple.
Cette hypothèse cor respondrait à l'appareil de e la fig. 4 dans lequel on aurait supprimé le couplage (44-45) entre la plaque du tube 33 et la grille de commande du tube 1-4.
Dans la variante de réalisation dans laquelle ce couplage existe, le phénomène observé est celui de la fig. 7. Ce couplage fournit en effet l'impulsion s, qui sert de piédestal aux échos a b c d, si bien que: d'une part, l'écart A1 A,, s'en trouve nettement réduit par rapport à l'écart correspondant de la fig. 6 et, par suite, le battement correspondant à l'écho b pourra être inaudible; d'autre part, l'écho c déclenche cette fois l'oscillateur bloqué. L'intérêt de cette impulsion piédestal est de créer ainsi un seuil de dépistage, les échos, tels que b, correspondant à des pièces très légèrement défectueuses ne donnant lieu à aucun battement audible.
Ce piédestal déplace, d'autre part, la plage de mesure de l'appareil'écho c devient dépistable) et, en en réglant l'amplitude et la position, on peut régler ladite plage au mieux des dépistages à effectuer.
Dans la fig. 8, les mêmes références désignent les mêmes éléments que dans la fig. 4; le couplage du circuit oscillant de plaque de l'oscillateur bloqué constitué par un tube 3Q4, par exemple, au palpeur 2 est d'un type semblable à celui de la fig. 2 ; le circuit oscillant de plaque attaque l'une des grilles 51 de la double triode 48 montée en mélangeuse (type 3A5, par exemple), par l'intermédiaire du condensateur ajustable 46 et de la résistance 47. Un deuxième oscillateur 49, identique au premier, et dans lequel les éléments correspondants sont désignés par les mêmes chiffres, affectés de l'indice prime, est couplé, d'une part, à une charge fictive 2' d'impédance équivalente à celle du palpeur 2 supposé en l'air, d'autre part à l'autre grille 52 du tube 48.
Les deux potentiomètres 9 et 9', grâce à un couplage mécanique figuré par une ligne en traits mixtes sont constamment réglés à la même valeur de résistance de façon que la cadence de relaxation propre To des deux oscillateurs soit la même. Les deux cathodes 53, 54 du tube 48 sont connectées à la masse tandis que les deux plaques sont connectées à l'enroulement primaire 55, découplé pour la haute fréquence par le condensateur 56, d'un transformateur basse fréquence dont le secondaire 57 attaque, par exemple, un écouteur 58.
Le fonctionnement du dispositif de la fig. 8 est voisin de celui de la fig. 4. Mais, dans la variante de la fig. 8, grâce à la commande unique des périodes de récurrence des deux oscillateurs bloqués 1-4 et 49, quand le palpeur 2 est en l'air, on observe un battement nul à l'écouteur 58. Quand le palpeur 2 est appliqué sur la pièce 3, on entend un battement dépendant de la différence To-At, à condition que ces deux paramètres soient suffisamment voisins pour que les échos de période de récurrence At puissent synchroniser l'oscillateur 1-4. On peut donc, dans la variante de la fig. 8, effectuer des mesures d'épaisseur, en synchronisant l'oscillateur 1-4 par les échos de fond de la pièce, annulant le battement obtenu, par un réglage de la période de relaxation des deux oscillateurs, au moyen du potentiomètre 9, qui peut être gradué directement en épaisseurs.
L'appareil permet la mesure d'épaisseurs dont on connaît déjà l'ordre de grandeur: on peut ainsi éviter l'erreur qui serait due à une synchronisation, non pas. sur le premier écho, mais sur un autre des échos successifs obtenus, et qui aboutirait à une lecture égale, par exemple, à un multiple ou un sousmultiple de l'épaisseur réelle.
REVENDICATIONS :
I. Procédé de sondage au moyen de trains d'impulsions élastiques, dans lequel on reçoit, quand le milieu à sonder présente au moins certaines caractéristiques de transmission, les échos obtenus par réflexion n desdites impulsions sur des surfaces réflé- chissantes du milieu à sonder, caractérisé en ce que l'on synchronise la fréquence de récurrence des impulsions émises sur celle des échos reçus, cette fréquence commune de récurrence servant à indiquer la distance parcourue plar les ondes élastiques dans le milieu sondé, l'absence d'échos reçus ou de synchronisation indiquant que le milieu sondé ne présente pas lesdites caractéristiques de transmission.