FR2490341A1 - Procede et dispositif pour indiquer une contrainte dans un objet - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIF ET PROCEDE POUR INDIQUER LA CONTRAINTE DANS UN OBJET, COMPRENANT UNE VISUALISATION DE LA VARIATION DE TEMPERATURE D'UN ELEMENT DE SURFACE DE L'OBJET LORSQU'IL SUBIT LADITE CONTRAINTE. UN DETECTEUR INFRAROUGE 13 DETECTE DE FAIBLES VARIATIONS DE TEMPERATURE ET LA CONTRAINTE PEUT ETRE APPLIQUEE PAR CHARGE NATURELLE OU PAR CONTRAINTE PERIODIQUE IMPOSEE PAR UN VIBRATEUR.
Description
1 2490341
La présente invention a pour objet un procédé et un
dispositif pour indiquer une contrainte dans un objet.
Il existe un grand nombre de techniques de tests
non destructifs actuellement en usage, pour l'analyse de contrain-
tes dans des structures mécaniques, avec un certain nombre de pro-
blèmes inhérents à beaucoup d'entre elles.
Certaines sont difficiles à appliquer et donnent principalement des résultats qualitatifs (par exemple des vernis
cassants et la photoélasticité),certains nécessitent la connais-
sance préalable de la position et de la direction des contraintes
principales et nécessitent une mise en oeuvre soigneuse (par exem-
ple des cellules de contraintes, ou extensomètresfixées), tandis
que d'autres nécessitent des dispositifs compliqués et des inter-
prétations par des spécialistes (photographies aux rayons X ou Gamma, techniques d'émission acoustiques, holographie au laser et
méthodes à effet de moire:).
Il a été constaté que de la chaleur est produite ou absorbée aux points de contrainte dans un matériau qui est soumis à toute forme de charge ou de vibration; on présume que ceci est d à la déformation élastique réversible dans la matière, ce qui
produit des échanges de température faibles et localisés, qui peu-
vent être positifs ou négatifs et qui sont en général proportionneli
à l'amplitude instantanée de la contrainte.
La présente invention concerne un procédé et un dis-
positif basés sur l'utilisation de ce phénomène.
La présente invention propose un procédé pour indi-
quer et différencier la tension et la compression dans un objet, caractérisé en ce qu'il consiste à faire varier la contrainte dans l'objet, et à mesurer et différencier des augmentations et des baisses de température d'une partie prédéterminée de l'objet en
fonction de la variation de la contrainte appliquée.
Selon un mode de mise en oeuvre, la variation de contrainte peut être faite de façon unidirectionnelle, et dans ce cas elle peut être causéepar un choc physique appliqué à l'objet
comme par exemple un coup de marteau.
Selon un autre mode de mise en oeuvre, la variation de contrainte peut se faire au hasard et non dans une direction particulière et, dans ce cas, le changement de contrainte peut
survenir naturellement.
Par exemple le changement de contrainte peut sur-
venir en chargeant au hasard une structure particulière telle
qu'un pont.
Dans un autre procédé avantageux, le changement de
contrainte est périodique.
Une variation de pression périodique imprimée ou naturelle permet l'utilisation de l'analyse conventionnelle de
signaux. Ainsi dans un mode préférentiel la variation de contrain-
te périodique intervient à une fréquence déterminée et donc en
filtrant le signal résultant de la mesure de la température, d'au-
tres effets tels que des variations de température ambiante peu-
vent être éliminés.
La variation de contrainte est de préférence appli-
quée entre deux points espacés de l'objet et la partie déterminée est choisie de façon à être située -entre ces deux points. Selon
un mode avantageux, la contrainte peut être produite hydraulique-
ment ou pneumatiquement. Dans le cas particulier o l'objet est
creux, la contrainte peut être produite par pression interne -
hydraulique ou pneumatique. Un certain nombre de solutions peuvent être proposées pour a mesure de cette variation de pression telles
que des techniques de contact utilisant des thermocouples ou ther-
mistors, mais on préférera tout particulièrement mesurer la varia-
tion de température au moyen d'un système de détection sensible qui mesure la variation de radiations thermiques émises par des surfaces contenues dans le champ visuel. Un tel dispositif peut utiliser un détecteur infra-rouge qui comprendra de préférence des composants optiques et pourra être mobile et à focale variable de façon à faire varier l'élément déterminé dont la température
est à mesurer.
Selon un mode particulièrement avantageux de mise en oeuvre, l'élément prédéterminé de l'objet dont la température
est mesurée, décrit la totalité de l'objet.
Avant de mettre en oeuvre le procédé, on pourra
appliquer à l'objet un enrobage ayant une émission thermique uni-
forme.
La couche peut être une fine couche formée chimi-
quement et si l'objet est en métal, ladite couche peut être formée
d'un sel ou un autre composé de ce métal.
La présente invention propose aussi un procédé pour déterminer les discontinuités telles que fissures, cavités et autres, dans un objet auquel on applique une contrainte périodique
et symétrique, en mesurant la variation de température d'un élé-
ment déterminé de l'objet et en déterminant une dissymétrie dans
l'onde de la variation de température.
L'invention propose également un procédé pour affi-
cher la contrainte dans un objet, consistant en l'application d'
une contrainte variable à l'objet, et en la présentation d'un af-
fichage en image de la variation de température en fonction de
la contrainte ekistant sur toute la surface de l'objet.
L'invention propose aussi un procédé pour indiquer la Contrainte dans un objet consistant à réaliser une contrainte variable entre deux points de contrainte mécanique espacés sur l'objet, et à mesurer la variation de température d'un élément
prédéterminé de l'objet en fonction de la contrainte appliquée.
L'invention propose aussi un procédé pour indiquer l'épaisseur d'un revêtement sur un objet consistant à appliquer
une contrainte périodique variable, à mesurer la variation de tem-
pérature d'un élément déterminé de l'objet en fonction de la con-
trainte appliquée; et à déterminer la différence de phase entre
la contrainte appliquée périodiquement et la variation de tempé-
rature pour indiquer l'épaisseur du revêtement.
La présente invention propose un dispositif pour déterminer des discontinuités dans un objet comportant des moyens pour l'application d'une contrainte symétrique périodique, des
moyens de mesure de la variation de température d'un élément pré-
déterminé de l'objet et des moyens d'analyse du signal pour dé-
terminer une quelconque dissymétrie dans la variation de l'onde
de température.
La présente invention propose aussi un dispositif pour visualiser la contrainte dans un objet comportant des moyens pour appliquer une contrainte variable à l'objet, des moyens
pour représenter un résultat en images de la variation de tempé-
rature en fonction de la variation de contrainte sur toute la
surface de l'objet.
La présente invention propose aussi un dispositif pour visualiser la contrainte dans un objet, comprenant des moyens pour appliquer une contrainte variable entre deux points distincts
de l'objet mécaniquement liés, des moyens pour mesurer la varia-
tion de température-d'un élément déterminé de l'objet en fonction
du changement de la contrainte appliquée.
La présente invention propose également un disposi-
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tif pour indiquer l'épaisseur du revêtement d'un objet comportant des moyens pour appliquer une contrainte variable périodique à l'objet, des moyens pour mesurer la variation de température d'un
élément déterminé de l'objet en fonction de la contrainte appli-
quée, et des moyens de traitement du signal pour déterminer le déphasage entre la contrainte périodique appliquée et la variation
de température dans le but d'indiquer l'épaisseur du revêtement.
Dans ce cas les moyens- de variation de contrainte peuvent être déterminés de façon à faire varier la contrainte
périodiquement à une fréquence déterminée de 50 Hz par exemple.
Les moyens d'application de la contrainte peuvent comporter un chariot vibrateur hydraulique et dans ce cas les moyens hydrauliques pour entraîner ce chariot hydraulique peuvent être adaptés de façon à produire un signal de contrôle synchronisé
avec la vibration du chariot.
De préférence, on prévoiera des moyens sur lesquels monter l'objet et les moyens d'application de la contrainte seront éloignés de ceux-ci, ledit dispositif étant aligné pour indiquer
la contrainte de l'objet à un point situé entre les moyens de mon-
tage de l'objet et les moyens d'application de la contrainte.
Les moyens de mesure de la variation de température peuvent comprendre un détecteur infra-rouge et on peut prévoir
une lentille infra-rouge servant à focaliser sur le détecteur in-
fra-rouge les radiations issues d'un point de l'objet.
La lentille peut avoir un foyer variable. En plus on peut prévoir des moyens d'analyses tandis que le point de l'objet qui est focalisé sur le détecteur infra-rouge balaye la totalité de l'objet. Les moyens de balayage peuvent comporter
deux miroirs rotatifs entrainés par des moteurs pas à pas.
On peut inclure également des moyens de traitement du signal de façon à traiter le signal fourni par les moyens de mesure de variation de température, et les moyens de traitement du signal peuvent comporter un détecteur bidirectionnel de crête pour la détection de crêtes opposées du signal de sortie des
moyens mesurant les variations de température.
Il est possible de prévoir des éléments recevant le signal de sortie du détecteur bidirectionnel de crête, les sorties des moteurs pas à pas étant utilisées pour produire un mouvement du signal de visualisation horizontalement et verticalement, et le signal de sortie du détecteur de crête bidirectionnel étant 249Oe41 utilisé pour faire varier certaines caractéristiques du signal de visualisation. Les moyens de visualisation peuvent comporter
un oscilloscope, et une caméra peut être associée à l'oscillos-
cope pour enregistrer le résultat.
Certaines caractéristiques préférées de l'invention vont maintenant être décrites, à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 montre une vue extérieure caractéris-
tiqpe du dispositif relatif à l'invention en position d'utilisa-
tion en atalyse de contrainte dans un objet.
- la figure 2 illustre schématiquement une partie
du dispositif montré à la figure 1.
- la figure 3 illustre schématiquement une partie
de l'appareillage y compris le dispositif de traitement du signal.
- la figure 4 illustre des signaux de sortie diffé-
rents et,
- la figure 5 illustre avec plus de détails le dis-
positif de traitement du signal.
Les principes de l'invention peuvent être appliqués à tester des milieux variables, par exemple, le test de pression de récipients creux dans lesquels un choc périodique ou variable
du à une pression hydraulique ou pneumatique est appliqué à l'in-
térieur du récipient, et la variation de température de la surface est alors mesurée; ou bien dans un milieu dans lequel un objet peut être testé par choc, par exemple, en frappant avec un marteau ou un instrument similaire; ou bien des tests sur plaée, par exem
ple de ponts dans lesquels des variations de température à la sur-
face d'un élément du pont soumis à contrainte seront enregistrées, les contraintes se produisant pendant l'utilisation du pont en
raison du vent ou du trafic de charge, ou bien pour tester l'é-
paisseur de revêtement appliqué à un objet. Pour faciliter la com-
préhension cependant, un mode préféré de mise en oeuvre de l'in-
vention a été tout d'abord décrit en références au test d'un objet
en laboratoire, ledit objet étant soumis à une contrainte appli-
quée entre deux points. Cette contrainte peut simuler la contrain-
te qui pourrait se produire dans la réalité, cependant, si cela
est nécessaire, les limites de contrainte qui peuvent être impo-
sées à l'objet peuvent être déterminées et donc des propositions
faites pour changer le projet dans le but d'augmenter les limites.
Le procédé décrit ici permet de dresser une carte
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de l'échantillon de contrainte de la surface de la structure, ceci
rapidement et économiquement, et identifie la position et la dis-
tribution dans l'espace des points de plus fortes contraintes, en vue d'analyses plus détaillées par exemple au moyen de jauges de contrainte.
Ce procédé détecte et identifie également toute dis-
continuité dans l'objet, en particulier des fissures, et peut être utilisé pour la détermination de l'épaisseur d'un revêtement de surface. La méthode présente également l'avantage de fournir des
informations directes sur les forces de contraintes qui sont re-
çues par l'objet contrairement à la plupart des techniques exis-
tantes qui mesurent une déformation (c'est-à-dire un effort) et donc nécessitent l'étalonnage à la valeur de contrainte la plus
fréquemment requise.
En se référant à la figure 1, l!objet (10) à contrô-
ler, comporte par exemple un ensemble support pour un mat, une
antenne tige ou antenne radar ou analogue.
Il est monté sur une base rigide (11) et il est sou-
mis à contrainte par l'intermédiaire d'un bras (12) qui est com-
mandé par un chariot approprié, hydraulique ou pneumatique (non représenté à la figure 1, mais représenté par le vibrateur (51)
dans les diagrammes 3 et 5).
Un système de détection par infra-rouges (13) se trouve à une certaine distance de l'objet (10),-il sera décrit en détails et en référence à la figure 2, système dont sort un signal qui est transmis à un coffret (14) comprenant le dispositif de
traitement du signal.
Le coffret (14) comprend un oscilloscope à rayonne-
ment cathodique (16) devant lequel est fixée une caméra (17).
Le chariot est entrains de façon à faire osciller le bras (12) sous l'action d'une source variable périodique de
pression (c'est-à-dire une vibration), ceci étant également englo-
bé dans le vibrateur (51). La variation de contraintes appliquées
est sinusoïdale dans cette forme préférée de mise en oeuvre.
Un signal représentant l'onde de pression est pro-
duit par le vibrateur (51) sur une ligne de signal (15) (voir fi-
gure 3), bien que pour certaines utilisations une impulsion de
déclenchement suffise.
En se référant à la figure 2, le système de détec-
tion infra-rouge (13) comprend un système de balayage composé de
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deux miroirs orthogonaux (18) et (19) entrainés respectivement par
deux moteurs (18') et (19'), leurs axes de rotation étant respec-
tivement horizontal et vertical pour produire un balayage linéaire,
un quadrillage ou un balayage en spirale.
Les composants optiquesidevant être compris comme incluant les infrarouges; comprennent une lentille infra-rouge (21) qui focalise la radiation sur un détecteur (22) qui peut
comprendre soit un détecteur infra-rouge soit un assemblage liné-
aire ou bidimensionnel de détecteurs infra-rouges, ceux-ci étant 1o maintenus à température constante par un procédé adapté tel que de l'azote liquide fourni par un réservoir (23) (Figure 1), de
l'hélium liquide ou un réfrigérant thermoélectrique.
Dans le cas d'un assemblage de détecteurs, les si-
gnaux collectés par cet assemblage peuvent être traités parallèle-
ment ou séquentiellement.
Un miroir (24) est monté mobile de façon à capter le
rayonnement en aval de la lentille (21) et à réfléchir ce rayonne-
ment au travers d'un télescope de visualisation (26).
On comprendra que, avec ce montage, une radiation provenant d'un élément de surface de l'objet est focalisée sur le détecteur (22) et que la surface examinée décrit la totalité de l'objet par l'intermédiaire des déplacements des miroirs (18) et (19) de manière conventionnelle. De plus, la distance focale du dispositif est variable grâce au déplacement de la lentille (21), pour faire varier par ce moyen le plan de l'objet qui émet les infra-rouges. Les performances de la lentille sont optimisées au
moyen d'un limiteur d'ouverture. Le contrôle de ce limiteur d'ou-
verture augmente la profondeur du foyer de ce système et permet des mesures exactes de la contrainte effectuée sur des surfaces non planes. La lentille a une distance focale variable, ce qui
permet de faire varier le champ de vision. Un champ large est né-
cessaire pour un examen rapide d'une grande surface de l'objet, tandis que en augmentant la distance focale on effectue davantage
de mesure détaillées-dans de petites surfaces de l'objet.
Il peut être prévu des moyens optiques pour compen-
ser le mouvement de la partie de l'objet examiné sous l'effet de
la-contrainte périodique. La direction de positionnement de V'ins-
trument est choisie de façon à sélectionner un profil particulier
de contrainte à travers la surface de la construction à enregistrer.
En faisant varier les mouvement de l'analyseur
optique on obtient l'éventail désiré de résolutions pour la sur-
face de contrainte choisie.
A la place des miroirs, d'autres systèmes d'analyse par image pourraient utiliser des disques Nipkow, des mouvements angulaires ou axiaux selon un système x-y de détecteurs et de
lentilles, ou bien une trame polygonale-de miroirs (miroirs tam-
bouts).
Sur la figure 3, en analysant le point qui est exa-
miné sur l'objet, un signal de sortie est produit par le détecteur (22), puis amplifié par un prg-amplifiiateur (27) contenu dans le système de détection infra-rouge (13),-puis le signal de sortie du pré-amplificateur se propage à un dispositif de traitement du
signal contenu dans le coffret (14).
Le pré-amplificateur électronique (27), coopérant avec le détecteur (22), est contu pour avoir un faible bruit au
delà de la gamme des fréquences mesurées. Pour des mesures ther-
miques au moyen de détecteurs infra-rouges réfrigérés, un système
de polarisation électronique permet la mise au "zéro de polarisa-
tion", quant le bruit produit par le détecteur est minimum.
Les sorties des moteurs (18') et (19') entrainant les miroirs (18) et (19) , sont reliées au dispositif de traitement du signal de façon à donner des informations sur la position de
la surface examinée à un moment donné.
Le dispositif de traitement du signal comprend un détecteur de crête bidirectionnel, un amplificateur non lindaire
(32), un ensemble de visualisation (16) sous la forme d'un oscil-
loscope (32), un oscilloscope de surveillance (33), un amplifica-
teur variable (34), un mesureur de température de crête (35), un
mesureur de positionnement en abscisse (36), un mesureur de posi-
tionnement en ordonnée (37), ainsi qu'un autre amplificateur (38).
L'impulsion de déclenchement du vibrateur (51) est transmise par la ligne (15) au détecteur de crête bi-directionnel (31). Le dispositif décrit jusqu'ici fonctionne de la
façon suivante.
Le système de détection infra-rouge (13) est aligné avec l'objet (10) et les éléments optiques sont positionnés de façon à focaliser une surface de l'objet (10) sur le détecteur (21). Ceci peut être contr8lé en inserrant le miroir (24) dans
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le faisceau, devant la lentille (21).ainsi on peut utiliser le
télescope de visualisation pour voir le point exact qui est étu-
dié. Le dispositif est alors enclenché, de manière telle que le bras (12) vibre périodiquement et exerce sur l'objet (10)
des contraintes périodiques entre deux points de fixation mécani-
que espacés, respectivement le point de contact avec le bras (12)
et la base de l'objet (10).
Dans cet exemple le point qui est examiné par le
système de détection infra-rouge se situe entre ces deux points.
Quand l'objet est soumis à.contrainte, la tempéra-
ture de sa surface varie en fonction de la contrainte du matériau
situé sous cette surface et de toute évidence ceci varie périodi-
quement avec la variation périodique de la contrainte exercée par
le bras (12).
A titre d'exemple uniquement le bras (12) vibre à une fréquence déterminée entre 0 et approximativement 70 Hz, 30 Hz
en particulier et peut être ajustée.
Comme mentionné plus haut, la rotation arrière et
avant des miroirs (18) et (19) entraine le balayage du point exa-
miné sur l'objet et des signaux de sortie sont transmis à l'unité de traitement du signal en provenance des moteurs entrainant les miroirs (18) et (19) en rotation. De plus, la sortie du détecteur (22) est aussi transmise à l'unité de traitement du signal. La
sortie du détecteur (22) est transmise au détecteur de crête bi-
directionnel qui reçoit aussi l'impulsion de déclenchement émise
par le vibrateur.
Le détecteur de crête (31) transmet un signal de crête à l'amplificateur non linéaire (32) puis à l'entrée Z du CR0 (16). Le signal de sortie du détecteur (31) est aussi transmis à travers l'amplificateur (34) au mesureur de température de crête
(35) et à l'amplificateur (38) ainsi qu'à la plaque y de l'oscil-
loscope de surveillance (33).
Le signal de sortie du moteur (19') entrainant le miroir (19) (qui tourne autour d'un axe vertical) et que l'on nommera "miroir x" est transmise aux travers des plaques du CR0 (16), au mesureur x (37), à la plaque x de l'oscilloscope (33),
* ainsi qu'à une sortie x(41) de l'appareil de traitement de signal.
Le signal du moteur (18') entrainant le miroir (18)
(le miroir y) est transmis au mesureur y (36), à une entrée sup-
2490341
plémentaire de l'amplificateur (38) et à l'entrée de la plaque y
du CRO (16).
La sortie de l'amplificateur (38) est transmise à
une ligne de sortie y (42).
Ainsi le CRO (16) grâce aux signaux-d'entrée x et y, analyse le rayonnement cathodique traversant l'oscilloscope en
synchronisation avec l'analyse de l'image de la surface, sur l'ob-
jet (10), par les miroirs (18) et (19). La largeur du rayonnement de la cathode est accordée avec-le signal du détecteur de erête bidirectionnel et se trouve ainsi proportionnelle à la variation de température du point examiné. Ce procèdé est conçu pour qu'un
point dont le changement de température est plus important que ce-
lui d'un autre point, soit rendu plus lumineux.
On comprendra donc que comme le CRO (16) est visua-
lisé par la caméra (17), une image en deux dimensions de l'objet est reconstituée, image dans laquelle les surfaces de plus grande
contrainte sont nettement plus brillantes que les autres surfaces.
De cette manière une image est établie et enregistrée
dans une caméra qui donne une indication très claire de la répar-
tition de contrainte à travers l'objet.
L'oscillospope de surveillance (33) fournit un tracé du profil de la contrainte pour une étude sur toute une section
de l'objet (c'est-à-dire dans une dimension).
Les signaux des lignes (41) (42) peuvent être enre-
gistrés par exemple sur bandes magnétiques pour analyse ultérieu-
re. Le détecteur est particulièrement sensible et en pratique peut
mesurer et distinguer des augmentations et diminutions de tempéra-
ture de 0,001 C.
On comprendraique la température ambiante de l'objet peut varier nettement plus que 0,0010C dans un temps relativement court, le présent dispositif, en accordant la contrainte à 3OHz
par exemple, permet à cette variation de température d'être élimi-
née par le détecteur de crête bidirectionnel qui relève uniquement lesmaximum et minimum de température en décrivant complètement
plusieur cycles de contrainte.
On notera en plus que puisque les impulsions de dé-
clenchement sont émises par le vibrateur (51), et que l'on connait l'état de leur phases, en rapport avec l'onde de contrainte, leurs déphasages relatifs avec les signaux détectés par le détecteur de crête bidirectionnel (31) peuvent être établis. On comprendra que
I ô2490341
la comparaison de la phase du signal du pré-amplificateur (27)
avec l'impulsion de déclenchement du vibrateur (51) permet de dé-
terminer si, effectivement ou pas, un point particulier de l'objet se trouve en compression ou tension, en rapport avec une force d'application particulière. Ainsi si la sortie du détecteur et
donc le pré-amplificateur (27) indiquent un accroissement de tem-
pérature du point examiné tandis que l'impulsion ou l'onde de pression du dispositif de vibration indique qu'une force positive est appliquée à l'objet, alors on peut déduire que, pour ce point,
une force positive produit une compression.
Dans le cas simple d'une application unidirectionnel de contrainte sans périodicité, la simple indication de la montée ou de la baisse de température indique s'il y a compression ou tension. On a constaté que, aux points ou surfaces d'une strug ture o se trouve un défaut de structure ou de matière, par exemple une fissure ou une cavité, les variations de la contrainte locale, qui résulte de la charge appliquée ou de la vibration, peuvent êtri différentes dela variation de contrainte qui se produit en absence de tout défaut. Les variations de température qui résultent des variations locales instantanées en ces points peuvent alors être
différentes des variations de température détectées sur une struc-
ture non défectueuse.
La position peut être trouvée grâce à la mesure de
la radiation infra-rouge émise quanId la structure de l'objet sup-
porte les charges.
Des moyens pour le traitement du signal de sortie du détecteur d'infrarouge produisant ce résultat seront décrits,
en référence à la figure 5.
La figure 5 représente schématiquement, avec d'avan-
tage de détails, le dispositif de la figure 3 avec quelques addi-
tions. Le vibrateur (51), le dispositif de déphasage (52),
l'unité de contr8le de balavaR2 (53) les servos mécanismes de po-
sitions (54) et (55), l'amplificateur enregistreur horizontal (56)
l'amplificateur enregistreur vertical (57), l'amplificateur enre-
gistreur x (58), l'amplificateur enregistreur y (59), l'amplifica-
teur (60) à largeur de bande variable et à gain variable, le fil-
tre "passe haut" (61) à 1,5 Hz, le coupleur de niveau du noir (62) le rectifieur de précision (63), le détecteur de crête positive
12.2490341
(64), le détecteur de crête positive ou négative (65), constituent
le détecteur bidirectionnel de crête (31) de la figure 3, le com-
parateur sensible de phase (66), l'amplificateur à seuil variable (67) et l'amplificateur d'amplitude de balayage (68), constituent l'amplificateur de gain variable (34), de la figure 3, l'amplifi- cateur à seuil variable (69) et l'amplificateur Z (70) constituent
l'amplificateur linéaire (32) de la figure 3, et, en plus des él1-
ments montrés dans la figure 3, on prévoit un contr8le de zéro de polarisation (automatique ou manuel) (73), un soustracteur ou ana-
lyseur d'harmonique ou comparateur (81), un visionneur de défaut (82), et un mesureur de défaut (83). Le dispositif représenté à la figure 5 fonctionne d'une manière sensiblement similaire à celui
de la figure 3.
Les éléments (81), (82), (83), fournissent un système IS de détection de défaut en appliquant la méthode d6crite à la figure 4. La figure 4 (1.a) montre l'onde de pression appliquée
au chariot hydraulique et ainsi l'onde de la contrainte appliquée.
Elle est sinusoïdale.
Lorsque la variation de température en un point quel-
conque suit la variation de contrainte, la figure 4(la) est aussi un sch6ma de l'onde de variation de temp6rature(c'est-à-dire la
sortie de l'6mission infra-rouge) en tout point normal.
Sur les figures 4(lh) et 4(lc) les portions d'onde
au -dssus et en dessous de la valeur de la température à contrainte -
nulle (dans ce cas la valeur principale) ont été séparées.
La figure 4(2a) montre une onde de sortie typique de l'émission de sortie en un point défectueux d'un objet (une fissure ou une cavité). La forme de l'onde au point défectueux dépend de la caractéristique du défaut, des charges appliquées, de la fréquence de la charge, et des propriétés de la matière,
mais comme on peut le voir elle est assym9trique.
Ceci peut être simplement expliqu6 dans le cas limite
d'une fissure. Lorsque la surface ausdessus de la fissure est com-
primée, cette compression est transmise par la fissure.
Quand, cependant la surface est sous tension alors la fissure ne transmet pas la tension et alors une onde de sortie correspondant à la figure 4(1b) est produite. Dans le cas d'autres discontinuités dans l'objet une partie de la tension est transmise mais pas aussi eff&cacement que la compression et alors une onde 4(2a) est produite.Dans certaines circonstantes le cas contraire se produit: la tension est transmise mais pas la compression, par exemple pour une cavité dans la résine dans une fibre de verre. Grâce à la détection de la radiation infra-rouge
à l'aide du dispositif décrit, des points défectueux types peu-
vent être déterminés et visualisés sur l'oscilloscope (16). Grâce à la mesure de la phase de l'onde, les composants positifs et négatifs de l'onde de sortie sont respectivement déterminés par
rapport au niveau de contrainte zéro (figures 4(2a) et 4(2b)).
Par soustraction de ces deux signaux par exemple, une indication des caractéristiques de l'importance du défaut est fournie. Donc s'il ne se trouve aucun défaut de ce type, cette soustraction donne un résultat nul. S'il y'a présence de défauts,
la soustraction donne un résultat fini.
Selon une variante l'assymétrie de l'onde peut être déterminée par l'analyse de Fourier. On comprendra que si l'onde est une sinusoïde symétrique alors l'analyse de Fourier produit
une composante unique, car, s'il y a assymétrie on détecte plu-
sieurs composantes.
Troisièmement, l'assymétrie de l'onde peut être détectée par la comparaison de l'onde avec les harmoniques de l'onde de contrainte appliquée, par ce moyen l'onde symétrique
donnant un résultat nul, une onde assymétrique donnant un résul-
tat fini.
La sortie du système électronique de traitement
pour détection de défaut (analyse de Fourier ou système de corre -
lation) est fournie sous forme de mesureur (83) pour l'examen d'un
point unique.
Selon une variante, le profil et les caractéristi-
ques du défaut peuvent être mis en évidence sous forme de plage d'intensité sur l'oscilloscope (16) lorsque l'on examine une
surface de la structure.
En ce qui concerne l'affichage des résultats, un canal de visualisation (non représenté figure 5) équipé d'un grossissement renseigne l'opérateur pour l'identification des caractéristiques de la structure testée, qui sont transmises aux sorties de contrainte, les deux canaux infra-rouge et visible
étant confondus optiquement.
D'autres équipements fournissant un affichage
14 2490341
visuel, autres que l'oscilloscope (16), peuvent être utilisés tels
que détecteur TV, écran de projection etc...
Les signaux émis par le détecteur infra-rouge pour-
raient être utilisés pour moduler des diodes photo émétrices pla-
cées dans le champ de vision d'un opérateur et ainsi donner une indication de la direction, un prolongement du balayage et de l'amplitude de la contrainte en vue d'une observation instantanée
ou d'un enregistrement photographique.
Un système laser de projection pourrait également
être employé pour repérer la surface particulière en cours de test.
Les signaux de sortie sont utilisés pour visualiser
les contours d'une carte de contrainte, au moyen de lignes d'éga-
le contrainte ou au moyen de régions colorées séparant des niveaux déterminés sur l'écran TV de surveillance ou au moyen de chiffres
indiquant la contrainte en surimpression sur l'image de l'objet.
On utilise un contrôleur de seuil (16) pour éclairer davantage les surfaces de fortes contraintes et pour augmenter la sensibilité de la visualisation entre des niveaux de contrainte déterminés. Pour mettre en oeuvre avec précision le procédé et le dispositif, on a constaté qu'il est préférable d'enrober l'objet
au moyen d'un revêtement ayant une émission de chaleur uniforme.
Ceci est réalisé de manière préférentielle en utili-
sant une fine couche formée chimiquement, et dans le cas o l'objet est métallique, le revêtement peut être un sel ou un autre composé de ce métal. Dans le cas particulier o l'objet est en aluminium,
le revêtement peut être produit par anodisation.
Des possibilités d'étalonnage peuvent être incluses dans le système de mesure. Par exemple dans le but de comparer le signaux de sortie et la température de surface, on peut utiliser une source thermique contrôlée. Dans le but d'étalonner directement la sortie avec les niveaux de contrainte, des éléments standards
de test peuvent être utilisés avec par exemple des jauges de con-
trainte. L'étalonnage pour des structures à émissivité de surface
variable peut être réalisé au moyen de pièces de test standard.
On peut inclure dans l'équipement des moyens pour
mesurer la distribution de contrainte en vue de la mesure automa-
tique et de la compensation des valeurs d'émissivité et des va-
riations sur la surface à examiner.
La compensation peut être effectuée ou bien simul-
2490341
tanément avec les mesures de radiation infra-rouge, au moyen par exemple de la mesure de l'émissivité de surface en utilisant une
source infra-rouge contrôlée, ou bien au moyen de mesures préli-
minaires, la structure étudiée étant examinée alors qu'aucune char-
ge ne lui est appliquée. Le détecteur de crête (31) peut être réajusté au
moyen du signal de déclenchement produit par des capteurs du vi-
brateur (51).
Une caractéristique importante de l'appareil réside dans l'existence des moyens pour l'ajustement des phases entre
l'onde de la contrainte appliquée et l'onde des signaux de tempé-
rature, pour compenser les déphasages thermiques des revêtements
et les erreurs dans les capteurs.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le
déphasage thermique des revêtements sur l'objet peut être détermi-
né en utilisant l'effet de deux ci sur la différence de phase entre l'onde de la contrainte appliquée et l'onde des signaux de température.
A la figure 5, la variation de température est dé-
tectée, comme décrit précédemment aux figures 3 et 5 au moyen de composants (18),(19),(22),(27) et la sortie du pré-amplificateur (27) est transmise au comparateur de phase (66) par l'intermédiaire
des composants (60),(61),(62).
De plus, l'onde de sortie de la contrainte appliquée
est appliquée par le vibrateur (51) par l'intermédiaire du dispo-
sitif de déphasage (52) au comparateur sensible de phase (66).
Le comparateur sensible de phase (66) produit un si-
gnal de sortie dépendant du déphasage entre l'onde de contrainte
appliquée (par le vibrateur (51)), et l'onde du signal de tempéra-
ture (de l'amplificateur (27)). Ce signal de sortie est envoyé à l'oscilloscope (16) de façon à produire une représentation imagée
de l'objet. Dans ce cas, cependant, à la place de la représenta-
tion picturale de l'objet représentant, au moyen de la variation de luminosité, la variation de contrainte à travers l'objet,on illustre la variation de déphasage entre les deux signaux à travers
l'objet et par conséquent l'épaisseur du revêtement sur l'objet.
Par simple commutation on peut alors visualiser sur l'oscilloscope (16) ou bien une représentation picturale de la contrainte à travers l'objet, ou bien une représentation picturale
de l'épaisseur du revêtement sur l'objet.
1 6 2490341
Un tel dispositif et un tel procédé peuvent être utilisés avec des objets de profils différents et peuvent être utilisés, par exemple, avec un matériau en tôle plane, mais
peuvent être utilisés tout particulièrement pour l'examen d'épais-
seurs de revêtement sur des objets profilés complexes qui sont
actuellement difficilement contr8lables.
Comme ci-dessus, l'épaisseur de l'enrobage à tra-
vers l'objet est visualisée soit sous forme de variation de l'é-
paisseur du spot sur un oscilloscope à rayonnement cathodique, soit au moyen de variation de couleur, soit au moyen de lignes de contour joignant les points du revêtement d'égale épaisseur,
soit au moyen de nombres représentant l'épaisseur du revêtement.
Le procédé peut être amé*ioré en faisant varier la
fréquence de la contrainte appliquée.
Le procédé et le dispositif décrits, proposent
une technique pour obtenir, simultanément et sans qu'il y ait con-
tact, des moyens d'information sur les caractéristiques de la
contrainte d'un système, le système étant en charge.
Ce procédé et ce dispositif peuvent être aDDliqués,
non seulement sur des modèles en vue d'établir leurs caractéris-
tiques mais peuvent aussi être utilisés sur des structures réelles.
Le dispositif peut être utilisé non seulement pour mesurer la répartition de contrainte dans un système mais aussi
l'épaisseur du revêtement de surface et peut détecter-et détermi-
ner l'amplitude et les caractéristiques des défauts dans des ma-
tériaux et des structures. Les défauts de matériaux détectés comprennent en particulier les fissures de fatigue, les soudures
défectueuses, les cavités internes etc...
Les signaux de sortie obtenus avec cette technique sont utilisés pour établir les propriétés élastiques du matériau
dans une structure en état de charge.
Contrairement à la plupart des analyses de contrainte,
cette technique permet une mesure simple des propriétés de contrain-
tes d'une structure supportant une large gamme de charge dynamique
et donc donne des informations sur les caractéristiques de vibra-
tion du système%
Claims (19)
1. Procédé pour indiquer et différencier la tension et la compression dans un objet, caractérisé en ce qu'il consiste
à faire varier la contrainte dans l'objet, et à mesurer et dif-
férencier des augmentations et des baisses de température d'une partie prédéterminée de l'objet, en fonction de la variation de
la contrainte appliquée.
2. Procédé selon la revendication I destiné à indiquer la contrainte dans un objet, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer une contrainte variable entre deux points de contrainte distincts de l'objet, et à mesurer la variation de température d'un élément déterminé de l'objet, en fonction de la variation
de la contrainte appliquée.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications
I et 2, caractérisé en ce que l'on applique une contrainte va-
riable et cyclique.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on détermine le déphasage relatif des changements de
température de l'élément déterminé de l'objet, et que l'on dé-
termine la variation de la contrainte appliquée de manière à
préciser si une contrainte particulière appliquée à l'objet pro-
duit une tension ou une compression dans cet élément déterminé
de l'objet.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications
I à 4, caractérisé en ce que, avant de tester l'objet, on lui
applique un revêtement possédant une émissivité thermique uni-
forme. 6. Procédé de détermination des discontinuités dans
un objet, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer une con-
trainte périodique symétrique sur l'objet, à mesurer la varia-
tion de température d'un élément déterminé de l'objet et à dé-
terminer une éventuelle assymétrie dans l'onde de la variation
de température.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on compare l'onde de la contrainte périodique appliquée et la variation de température dans un analyseur, ledit analyseur recevant les signaux d'onde émis par un moyen d'application de
contrainte ainsi que par un détecteur de température.
8. Procédé de visualisation de la contrainte dans un objet, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer une contrainte variable sur cet objet, et à présenter un affichage pictural de
la variation de température en fonction de la variation de contrain-
te sur la surface-de l'objet.
9. Procédé pour indiquer l'épaisseur de l'enrobage sur un objet, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer à l'objet une contrainte variant périodiquement et à mesurer la variation de température dans un élément déterminé de l'objet, en fonction de la variation de la contrainte appliquée, procédé comprenant
également la détermination du déphasage entre la contrainte pé-
riodique appliquée et la variation de température, de façon à
indiquer l'épaisseur de l'enrobage.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le point déterminé de l'objet dont la température est
mesurée balaie toute la surface de l'objet.
Il. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en
ce qu'un signal représentant la température est analysé au tra-
vers d'un moyen d'affichage de signal, en. synchronisme avec le
balayage de manière à fournir une représentation.
12. Dispositif pour indiquer et différencier la tension et la compression d'ans un objet caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure et de différenciation des accroissements et des baisses de température dans un élément déterminé de l'objet en fonction de la variation de la contrainte appliquée à l'objet, et des moyens de traitement du signal conçus d'une part pour la
réception d'un signal émis par lesdits moyens de mesure et de dis-
tinction et conçus d'autre-part pour la production d'un signal
de sortie indiquant et différenciant la tension et la compression.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé.
en ce qu'il comprend des moyens d'application (51) d'une contrain-
te variable sur l'objet.
14. Dispositif d'indication de contrainte dans un bbjet caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour appliquer une
contrainte variable entre deux points distincts de contrainte mé-
canique appartenant à l'objet, et des moyens de mesure de varia-
tion de température d'un élément déterminé de l'objet en fonction
de la variation de la contrainte appliquée.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications
13 et 14, dans lequel les moyens d'application de la contrainte
variable sur l'objet sont conçus de façon à faire varier la con-
trainte périodiquement à une fréquence déterminee.
16. Dispositif pour la détermination des discontinui-
tés dans un objet caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour appliquer une contrainte périodique symétrique sur l'objet, des moyens pour déterminer les variations de température d'un élément déterminé de l'objet et aussi des moyens de traitement du signal en vue de déterminer toute assymétrie dans l'onde de
la variation de température.
17. Dispositif selon la revendication 16 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de traitement du signal, ces moyens étant connectés de façon à recevoir des signaux émis d'une part par le dispositif appliquant la contrainte et émis d'autre part
par les dispositifs de mesure des variations de température.
18. Dispositif pour l'affichage de la contrainte dans un objet caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour appliquer
et faire varier la contrainte de l'objet, et des moyens pour repré-
senter un affichage en image de la variation de température en
fonction de la variation de contrainte sur la surface de l'objet.
19. Dispositif pour indiquer l'épaisseur de revêtement
d'un objet caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour appli-
quer une contrainte variable et périodique à l'objet, des moyens pour mesurer la variation de température d'un élément déterminé de l'objet en fonction de la contrainte appliquée, ainsi que des moyens d'analyse du signal pour la détermination du déphasage entre la contrainte périodique appliquée et la variation de température,
afin d'indiquer l'épaisseur de revêtement.
20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en
ce que les moyens pour appliquer la contrainte à l'objet sont con-
çus pour faire varier la contrainte périodiquement à une fréquence déterminée.
21. Dispositif selon l'une quelconque des revendications
19 et 20, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour que le point dont la variation de température est mes1urée balaie la surface de l'objet%
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