FR2485747A1

FR2485747A1 - Procede pour engendrer des formes d'impulsions d'echos de forme desiree

Info

Publication number: FR2485747A1
Application number: FR8108674A
Authority: FR
Inventors: Klaus Abend; Raimund Lang; Dieter Lather; Heinz Schneider
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1980-05-07
Filing date: 1981-04-30
Publication date: 1981-12-31
Also published as: JPS574565A; IT1138329B; SE8101913L; DE3017818C2; IT8121556A0; GB2075680A; GB2075680B; DE3017818A1; FR2485747B1

Abstract

PROCEDE POUR ENGENDRER DES IMPULSIONS D'ECHO DE TOUTE FORME DESIREE PAR UTILISATION DE CONVERTISSEURS ELECTROACOUSTIQUES ET ELECTRODYNAMIQUES, COMME PAR EXEMPLE LES TETES D'EXAMEN PAR ULTRASONS, LES GENERATEURS DE SONS DANS L'AIR, LES SONDES ELECTRODYNAMIQUES OU ANALOGUES, PROCEDE SELON LEQUEL UNE IMPULSION D'EMISSION ENGENDREE DE FACON USUELLE EST TRANSFORMEE EN UN SIGNAL ACOUSTIQUE, TRANSMISE A UN TRAJET DE COUPLAGE, REFLECHIE, ET RAMENEE PAR L'INTERMEDIAIRE DUDIT TRAJET DE COUPLAGE JUSQU'AU POINT DE SORTIE, OU A LIEU UNE TRANSFORMATION DU SIGNAL ACOUSTIQUE EN UN SIGNAL ELECTRIQUE IMPULSIONNEL AFIN DE PERMETTRE LE TRAITEMENT ULTERIEUR DUDIT SIGNAL. SELON L'INVENTION, CE PROCEDE EST CARACTERISE EN CE QUE LE SIGNAL REFLECHI RECU EST REMPLACE PAR UN SIGNAL PRESELECTIONNE APRES QUOI CE SIGNAL PRESELECTIONNE EST TRANSFORME DANS LE DOMAINE DES FREQUENCES.

Description

La présente invention concerne un procédé pour engendrer des formes

d'impulsions d'échos pouvant être choisies à volonté, par l'utilisation de convertisseurs électro-acoustique (par exemple des têtes d'examen par ultrasons, des générateurs de sons dans l'air, ou analogues) et des

convertisseurs excités de façon électrodynamique.

On connaît déjà, par exemple dans l'examen par ultrasons, des convertisseurs électroacoustiques qui sont excités par des impulsions de tension de différentes formes. Le train d'impulsions acoustiques engendrées en réponse par un tel convertisseur, qui est transmis à la pièce à examiner par l'intermédiaire d'un trajet de couplage, est réfléchi sur des réflecteurs quelconques et retourne dans la pièce et rejoint le convertisseur par le trajet de couplage, dépendant dans sa forme et dans sa durée de la forme de l'impulsion d'excitation (impulsion d'émission) des paramètres acoustiques et électriques du convertisseur

et du trajet d'examen.

Dans la pratique, on utilise des trains d'impulsions comportant 1,5 jusqu'à 10 oscillations sinusoïdales individuelles successives d'amplitudes différentes avec une fréquence prédéterminée par le convertisseur et l'impulsion d'excitation. Des procédés connus pour optimiser l'excitation peuvent modifier la forme et la fréquence de base du signal acoustique dans certaines limites, mais cependant ces procédés ne sont pas aptes à engendrer une fréquence d'impulsions pouvant être choisie à volonté, ainsi qu'une forme d'impulsions arbitraire pour le signal acoustique. Au mieux, avec ces procédés connus on peut obtenir une amélioration du facteur de bruit. Eventuellement, par les propriétés de résonance du convertisseur et la forme d'impulsions du signal électrique, on peut jusqu'à présent, par modification de l'impulsion d'excitation, seulement augmenter l'amplitude maximale du train d'impulsions acoustiques, ce qui augmente obligatoirement la durée du signal. Pour tout un ensemble d'application, comme par exemple la mesure de l'épaisseur de parois minces, l'examen de défauts avec un pouvoir de résolution élevé (plus la résolution temporelle est faible, mieux on peut détecter -des défauts proches les uns des autres) etc... la généra- tion d'impulsions demande des signaux de courte durée temporelle. Dans des examens de haute qualité, la reproductibilité

des paramètres d'examen est nécessaire et cette reproduc-

tibilité ne peut jamais être atteinte sur la base des paramètres de têtes d'examen variant fortement entre les différents générateurs. Des générateurs de même type présentent généralement des formes d'impulsions très différentes dépendant de leurs paramètres et de leur commande. Ceci est particulièrement critique lorsqu'il est nécessaire d'avoir une haute résolution et lorsque par superposition de signaux des parties des défauts individuels sont engendrés et mesurés de nouveaux signaux composites. Encore plus critiques sont les interférences, par exemple dans les examens angulaires, les plus petites variations de l'angle d'incidence sonore ayant un effet

important sur l'ajustement de l'installation.

L'objet de la présente invention est de pouvoir engendrer des formes d'impulsions d'échos que l'on peut choisir à

volonté lorsque l'on utilise des convertisseurs électro-

acoustiques et électrodynamiques dans des examens de

pièces non destructifs, tout en éliminant tous les incon-

vénients des dispositifs connus.

A cette fin, selon l'invention, le signal réfléchi reçu est remplacé par un signal présélectionné, après quoi ce signal présélectionné est transformé dans le domaine des fréquences, divisé par la fonction de transfert et de nouveau transformé dans le domaine des temps, de façon

que la génération d'impulsions ait lieu avec ce signal.

En variante, le signal réfléchi reçu peut être remplacé

par un signal présélectionné, après quoi ce signal pré-

sélectionné est transformé dans le domaine des fréquences et divisé par la fonction de transfert de sorte qu'il en résulte une impulsion d'émission théorique, cette impul- sion théorique étant multipliée par le signal réellement reçu et transformée dans le domaine des fréquences, divisée par l'impulsion d'émission réelle transformée dans le domaine des fréquences et de nouveau transformée

dans le domaine des temps.

Une application particulièrement avantageuse du procédé selon l'invention existe dans l'examen non destructif par

ultrasons de différentes pièces.

Les figures du dessin annexé feront bien comprendre

comment l'invention peut être réalisée.

La figure 1 illustre schématiquement, à titre d'exemple,

la méthode par réflexion d'impulsions, avec la représen-

tation amplitude/temps d'une impulsion émise et d'un

signal réfléchi.

La figure 2 montre la dérivée de la fonction de transfert entre l'impulsion émise et le signal reçu et réfléchi,

dans le plan de fréquence complexe.

La figure 3 illustre le calcul de l'impulsion émise nécessaire pour une forme déterminée du signal reçu et réfléchi dans le plan complexe des fréquences et en

représentation amplitude/temps.

La figure 4 illustre le calcul d'une autre impulsion émise nécessaire pour une forme de signal prédéterminé du signal reçu réfléchi, dans le plan complexe des fréquences

et dans la représentation amplitude/temps.

La figure 5 illustre le calcul d'une autre impulsion émise nécessaire pour une forme de signal déterminée avec la double fréquence du signal réfléchi reçu, dans le plan complexe des fréquences et dans la représentation amplitude/ temps. Dans les dessins annexés, la figure'1 illustre schématiquement l'examen par ultrasons au moyen d'une

tête d'examen selon la méthode par réflexion d'impulsions.

Un émetteur-récepteur 1 engendre une impulsion 5 et commande la tête d'examen 2. Là tête d'examen 2 engendre un signal acoustique, qui est dirigé sur un réflecteur 4 par l'intermédiaire d'un trajet de couplage 3. Sur le réflecteur 4, le signal acoustique est réfléchi et transmis par l'intermédiaire du trajet de couplage 3 de nouveau à la tête d'examen 2, qui retransforme le signal acoustique en un signal électrique 6 et est ramené à la partie réceptrice de l'émetteurrécepteur 1 en vue de son traitement ultérieur. Entre l'impulsion émise 5 et le signal réfléchi reçu 6 se trouve la totalité du trajet d'examen,--y compris le réflecteur avec conversions de l'énergie électrique en

énergie acoustique mécanique et vice et versa.

La figure 2 montre la fonction de transfert 9 du trajet d'examen total dans le plan complexe des fréquences, qui satisfait à l'équation H (f) = Y() X (f) La dérivée de fonction calculée est montrée graphiquement sur la figure 2. Le signal 6 reçu et transformé par le convertisseur est par exemple au moyen d'une transformation de Fourier transformé dans le domaine des fréquences et est représenté dans le plan complexe des fréquences 7. De même, l'impulsion d'émission initiale ou impulsion d'excitation est transformée en 8 dans le plan complexe des fréquences. La division des deux signaux transformés donne la fonction de transfert 8, qui est représentée à

son tour dans le plan complexe des fréquences.

La fonction de transfert 8 est considérée comme une cons-

tante du trajet d'examen et est spécifique pour chaque tête d'examen et chaque trajet d'examen, c'est-à-dire que lorsque l'on utilise différentes têtes d'examen ou trajet d'examen il en résulte différentes fonctions de transfert 8. Pour résoudre le problème de l'invention, notamment pour obtenir du côté de l'entrée du récepteur de l'émetteur-récepteu: 2, toute forme de signal désiré, l'équation doit être transformée en: X (f) = Y (f) H (f) Et par une transformation de Fourier inverse on obtient

l'impulsion d'émission nécessaire en fonction du temps.

La figure 3 montre un domaine du signal 6, notamment de la partie du signal 6 qui après la première demi-période sinusoïdale du signal 6 se présente sous la forme d'une

oscillation sinusoïdale totale.

Ce signal est soumis à une transformation de Fourier et dans le domaine des fréquence est divisé par la fonction de transfert 9 de la totalité du trajet. Le résultat est la fonction de l'impulsion émise nécessaire 12 en vue de la production du signal souhaité dans le domaine des fréquences, une transformation de Fourier inverse de l'impulsion émise dans le domaine des fréquences donnant l'allure de l'impulsion émise 11 dans le domaine des temps dans la représentation amplitude/temps. C'est-à-dire que si la tête d'examen 2 est commandée en liaison avec le trajet de couplage 3 et le réflecteur 4, avec une impulsion émise 11 ainsi optimisée, le signal réfléchi reçu présente la forme désirée 10. Au lieu des anciennes oscillations 6 avec environ 3,5 périodes, on utilise maintenant une oscillation avec une seule période sinusoïdale. On obtient ainsi une augmentation importante du pouvoir de résolution temporelle. La figure 4 montre que l'on peut obtenir sans autre intervention, une nouvelle augmentation du pouvoir de

résolution grâce à une oscillation comportant 0,5 période.

Le procédé est le même que celui expliqué en regard de la figure 3, mais dans ce cas, le signal reçu et réfléchi 13 est défini comme une demipériode ce qui donne lieu à une autre impulsion émise dans le plan complexe des fréquences

ainsi que dans le plan des temps 14.

La figure 5 montre une autre augmentation du pouvoir de résolution, le signal reçu et réfléchi souhaité 16 au contraire des signaux 10 et 13 représentés sur les figures 3 et 4 ayant une fréquence désirée (environ le double) et

présentant la forme d'une oscillation sinusoïdale symétrique.

L'impulsion émise nécessaire est indiquée clairement dans le plan complexe des fréquences 18 ou dans le plan des temps 17 et montre que le convertisseur doit être commandé successivement de façon appropriée avec des amplitudes et des sens de tension différents. Pour obtenir le signal réfléchi souhaité, le convertisseur doit également être excité par de courtes suites d'impulsions de polarité

changeante et d'amplitude différente.

Les signaux souhaités représentés sur les figures 3, 4 et montrent que lors de l'excitation correcte du convertisseur, chaque signal désiré peut être engendré. Il en résulte que le pouvoir de résolution peut être augmenté pratiquement à volonté pour chaque examen et être adapté au problème d'examen. L'avantage du procédé selon l'invention réside en ce que tous les paramètres influençant la forme de signal, comme les composants électriques et acoustiques du convertisseur, les composants acoustiques du trajet de couplage et du réflecteur sont compensés par la commande. Le même effet,-notamment pour obtenir un signal temporellement court pour la valeur finale lors d'un examen -est obtenue, lorsque les calculs précédents sont effectués après la réception du signal d'examen 6, avec io une fonction de transfert connue 9 et une influence connue sur la forme du signal par le réflecteur 10,13, 16 on peut, sans utilisation de l'impulsion émise 11, 14, 17, après réception du signal, de même obtenir une augmentation de la résolution. Le signal rèçu final 6 doit satisfaire à la relation Yu (f) = Y (f). X' (f) X (f) dans laquelle Y(f) est la transformation du signal reçu 6 dans le domaine des fréquences 7, X(f)8 est l'impulsion émise originale transformée dans le domaine des fréquences et X'(f)12,15,18 l'impulsion émise idéale transformée dans le domaine des fréquences 11,14,17. Le résultat de l'équation Y'(f) est, dans leur durée temporelle, de courts signaux 10,13,16 qui sont transformés depuis le domaine des fréquences dans le domaine des temps et sont

mesurés ensuite d'après un procédé connu.

Le calcul mentionné ci-dessus peut être conduit pour chaque-signal reçu, une réduction des calculs pouvant être obtenue par l'intermédiaire de dispositifs connus de

calculs de fréquence ou de discrimination d'amplitude.

L'avantage de cette méthode réside en ce que la réalisation difficile en matériel des impulsions émises nécessaires pour la génération de courts signaux est évitée après

réception des signaux au prix d'un calcul plus complexe.

Sur le plan des principes, le système selon l'invention peut également trouver application dans les processus d'examen électromagnétiques, dans lesquels on retrouve

des particularités semblables.

Claims

REVENDICATIONS

l.Procédé pour engendrer des impulsions d'écho de toute forme désirée par utilisation de convertisseurs électroacoustiques et électrodynamiques, comme par exemple les têtes d'examen par ultrasons, les générateurs de sons dans l'air, les sondes électrodynamiques ou analogues, procédé selon lequel une impulsion d'émission engendrée de façon usuelle est transformée en un signal acoustique, transmise à un trajet de couplage, réfléchie, et ramenée par l'intermédiaire dudit trajet de couplage jusqu'au point de sortie, o a lieu une transformation du signal acoustique en un signal électrique impulsionnel afin de permettre le traitement ultérieur dudit signal, caractérisé en ce que le signal réfléchi reçu est remplacé par un signal présélectionné, après quoi ce signal présélectionné est transformé dans le domaine des fréquences, divisé par la fonction de transfert et de nouveau transformé dans le domaine des temps, de façon que maintenant-la

génération d'impulsion a lieu avec ce signal.
2.Procédé pour engendrer des impulsions d'écho de toute forme désirée par utilisation de convertisseurs électroacoustiques et électrodynamiques, comme par exemple les têtes d'examen par ultrasons, les générateurs de sons dans l'air, les sondes électrodynamiques ou analogues, procédé selon lequel une impulsion d'émission engendrée de façon usuelle est transformée en un signal acoustique, transmise à un trajet de couplage, réfléchie,et ramenée par l'intermédiaire dudit trajet de couplage jusqu'au point de sortie, o a lieu une transformation du signal acoustique en un signal électrique impulsionnel afin de permettre le traitement ultérieur dudit signal, caractérisé en ce que le signal réfléchi reçu est remplacé par un signal présélectionné, après quoi ce signal présélectionné est transformé dans le domaine des fréquences et divisé par la fonction de transfert, de sorte qu'il en résulte une impulsion d'émission théorique, cette impulsion théorique étant multipliée par le signal réellement reçu et transformée dans le domaine des fréquences, divisée par l'impulsion d'émission réelle transformée dans le domaine des fréquences et de nouveau transformée dans le

domaine des temps.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou

2, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour l'examen par ultrasons.