FR2582805A1 - Procede et dispositif de mesure des parametres de birefringence acoustique d'un materiau - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN DISPOSITIF DE MESURE DES PARAMETRES DE BIREFRINGENCE ACOUSTIQUE D'UN MATERIAU. UNE ONDE ACOUSTIQUE TRANSVERSALE POLARISEE RECTILIGNEMENT EST ENGENDREE ET DIRIGEE VERS LA FACE D'ENTREE D'UNE LAME A FACE PARALLELE EN MATERIAU A ETUDIER. LA FREQUENCE DE L'ONDE ACOUSTIQUE INCIDENTE EST VARIEE CONTINUMENT 2. L'ONDE ACOUSTIQUE EMERGENTE RESULTANT DE LA PROPAGATION DANS LA LAME 1 A ETUDIER EST DETECTEE POUR DETERMINER LES VALEURS REMARQUABLES DE LA FREQUENCE DE L'ONDE INCIDENTE POUR LESQUELLES LA LAME 1 EST ONDE OU DEMI-ONDE. LES PARAMETRES DIRECTEURS DE BIREFRINGENCE DE LA LAME 1 SONT DETERMINES A PARTIR DES MESURES DE FREQUENCE SUCCESSIVES 5. APPLICATIONS AUX ETUDES DE RESISTANCE DES MATERIAUX.

Description

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de mesure des paramètres de biréfringence acoustique d'un matériau constitué par une lame à faces parallèles planes.

La méthode d'analyse de contraintes par photo-élasticimétrie peut être transposée aux solides absorbant les rayonnements électromagnétiques du spectre visible dans le cadre de la biréfringence acoustique des solides, la méthode correspondante d'analyse étant dénommée acousto-élasticimétrie.

Pour un corps solide isotrope de forme parallélépipédique soumis à une contrainte uniaxiale uniforme exercée perpendiculairement à l'une de ses faces selon une direction Ox, la vitesse des ondes élastiques transversales se propageant suivant une direction Oz perpendiculaire à Ox est différente selon que la direction de polarisation du vecteur vibration d'onde élastique est parallèle à Ox ou au contraire perpendiculaire à Ox.

Cette différence de vitesse de propagation donne lieu à des phénomènes de biréfringence acoustique provoquée désignée encore sous le nom d'effet
Pockels acoustique. De même les milieux naturellement anisotropes peuvent, pour certaines directions de propagation, donner lieu à un phénomène de biréfringence acoustique naturelle. En outre, un milieu naturellement isotrope peut, après soumission à de fortes contraintes, conserver une biréfringence rémanente. C'est le cas par exemple de certains aciers après traitement par laminage.

L'ensemble de ces phénomènes a fait l'objet de travaux importants dans le domaine de l'acoustoélasticimétrie afin de déterminer les paramètres de biréfringence acoustique de matériaux et à partir de ceux-ci certaines de leurs caractéristiques mécaniques.

Parmi ceux-ci, on peut citer le polarimètre acoustique décrit dans la demande de brevet français 80 01895. Dans ce type de polarimètre cependant, la sonde de mesure constituée par un transducteur d'émission et un transducteur de réception est montée à rotation par rapport à l'échantillon soumis à l'essai de façon à permettre un essai pour différentes directions de polarisation. Ce type de sonde présente cependant l'inconvénient de nécessiter l'utilisation d'un liant visqueux permettant la rotation des éléments de la sonde par rapport à l'échantillon. Dans ce cas, la durée du temps de relaxation du liant visqueux pour son retour à son état initial interdit pratiquement le contrôle continu de pièces mécaniques à l'échelle de processus industriel.En outre, le retour à l'état initial du liant, constitué par une résine, ne peut être considéré comme un retour à des conditions ou état identique à l'état initial la fidélité des conditions de mesure ou d'expérimentation du système apparaissant de ce fait notablement affectée.

Un autre brevet français 82 05 966 a fait l'objet d'une description d'un polarimètre acoustique dans lequel les transducteurs électroacoustiques sont fixes par rapport à l'échantillon à analyser. Dans ce but, le transducteur polariseur d'émission est constitué en fait de deux transducteurs associés capables à partir de deux signaux d'excitation déphasés en quadrature, c'est-à-dire modulés en amplitude par des signaux en quadrature de phase, d'engendrer un vecteur vibration électroacoustique incident tournant, La détermination des paramètres de biréfringence de l'échantillon analysé est alors obtenue au moyen d'une détection synchrone des signaux après propagation dans l'échantillon aux moyen des signaux de modulation. Cette détection nécessite la mise en oeuvre de circuits électroniques complexes.Ceux-ci doivent en outre pourvoir à la compensation du retard, à l'émission, des composantes en quadrature de la vibration acoustique du fait du décalage spatial, inévitable, des deux transducteurs associés constituant le transducteur polariseur.

La présente invention a pour but de remédier à l'ensemble des inconvénients précités par la mise en oeuvre d'un procédé et d'un dispositif de mesure des paramètres locaux de hiréfringence acoustique d'une lame à faces parallèles en un matériau à analyser dans lesquels les transducteurs polariseur et analyseurs sont fixes autorisant un contrôle à l'échelle industrielle.

--Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un procédé et d'un dispositif de mesure des paramètres de biréfringence d'une lame à faces parallèles ou d'un matériau à analyser dans lesquels un seul transducteur polariseur est utilisé.

- Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un procédé et d'un dispositif de mesure des paramètres de biréfringence d'une lame à faces parallèles en un matériau à analyser dans lequel la complexité des circuits de traitement électronique des signaux de mesure est notablement réduite.

- Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un procédé et d'un dispositif de mesure des paramètres de biréfringence d'une lame à faces parallèles en un matériau à analyser permettant d'effectuer des mesures de grande précision en raison de la grande maîtrise relative à la précision et à la linéarité du paramètre de contrôle permettant la mise en oeuvre du procédé.

Le procédé pour déterminer les paramètres de biréfringence acoustique d'une lame à faces parallèles à étudier par rapport à deux directions de références données objet de l'invention est remarquable en ce qu'il consiste à engendrer une onde acoustique transversale polarisée rectilignement, dite onde incidente, et à la diriger vers la face dite d'entrée de la lame à étudier.

La fréquence de l'onde acoustique incidente est variée continûment et l'onde acoustique émergente résultant de la propagation dans la lame à étudier est détectée pour déterminer les valeurs remarquables de la fréquence de l'onde incidente pour lesquelles le chemin acoustique, pour la lame étudier est celui d'une lame onde ou demionde. Les paramètres directeurs de biréfringence acoustique de la lame à l'étude sont ensuite déterminés à partir des mesures de fréquences successives.

Le dispositif de mesure des paramètres de biréfringence acoustique d'une lame à faces parallèles à étudier par rapport à deux directions de références données objet de l'invention est remarquable en ce qu'il comporte des moyens générateurs d'une onde acoustique transversale polarisée rectilignement, dite onde incidente, la fréquence de l'onde engendrée pouvant être variée continûment. Des moyens détecteurs permettent une détection de l'onde acoustique émergente résultant de la propagation de l'onde incidente dans la lame à étudier afin de déterminer les valeurs remarquables de la fréquence de l'onde incidente pour lesquelles le chemin acoustique, pour la lame à étudier, est celui d'une lame onde ou demi-onde.Des moyens d'exploitation analogiques ou numériques permettent de déterminer les paramètres directeurs de biréfringence acoustique de la lame à partir des mesures de fréquences successives.

L'invention trouve application dans les laboratoires de recherche et/ou de développement industriel de technologie des matériaux et, de manière générale, dans tout domaine de l'industrie de la construction mécanique.

Elle sera mieux comprise à la lecture de la description et à llobservation des dessins ci-après dans lesquels
- la figure la représente un schéma synoptique illustratif du procédé et du dispositif de l'invention,
- la figure lb représente un schéma d'illustration de définition des variables et paramètres permettant la détermination des paramètres directeurs de biréfringence acoustique de la lame à étudier,
- la figure 2a représente de manière simplifiée un schéma synoptique du procédé de l'invention, selon une variante de réalisation,
- la figure 2b représente un schéma de définition des variables et paramètres permettant la détermination des paramètres directeurs de biréfringence acoustique de la lame à étudier dans la variante de réalisation de la figure 2a,
- la figure 3 représente schématiquement une autre variante de réalisation du procédé de l'invention,
- la figure 4a représente un schéma synoptique du dispositif de l'invention,
- la figure 4b représente un mode de réalisation particulier du dispositif tel que représenté en figure 4a.

Le procédé et le dispositif de mesure des paramètres de biréfringence 6 et 9 d'une lame à faces parallèles objet de l'invention seront tout d'abord décrits en liaison avec les figures la et lb précitées.

Les paramètres locaux de biréfringence acoustique O et # sont respectivement définis pour une lame à faces parallèles 1 en un matériau à analyser, comme l'angle d'orientation des axes principaux debiréfringence
Ox', Oy', lorsque, par exemple, la lame 1 est soumise à une contrainte a appliquée sur une de ses faces perpendiculairement à une direction Oz et à une direction Ox par rapport à deux directions de référence et comme le déphasage apporté par la lame 1 à étudier à la propagation de deux ondes élastiques transversales se propageant, du fait de la lame 1, selon la direction Oz, les deux ondes élastiques étant polarisées respectivement selon une direction narallèle à Ox' et selon une direction perpendiculaire à Ox', direction notée Oy'.

Sur la figure lb, les deux directions de référence sont notées Ox et Oy, ces deux directions étant bien entendu contenues dans un plan orthogonal à l'axe Oz de la figure la et la direction des axes principaux de contrainte est notée Ox', Oy'.

Une onde acoustique transversale polarisée rectilignement selon un angle a par rapport à la direction de référence Ox est engendrée et dirigée vers la face d'entrée de la lame à étudier 1. Sur la figure la, cette onde acoustique est représentée et symbolisée par la direction de polarisation P d'un polariseur 3 solidaire mécaniquement de la face d'entrée de la lame 1. L'onde acoustique incidente est émise avec une fréquence ou pulsation notée w.

Celle-ci peut être variée continment, cette variation étant produit au moyen d'un excitateur à fréquence ajustable noté 2 sur la figure la. L'onde acoustique émergente résultant de la propagation dans la lame 1 à étudier est ensuite détectée ainsi que représenté de manière non limitative sur la figure la sur la face parallèle à la face d'entrée. Sur cette figure, cette détection est symbolisée par un analyseur 4 comportant deux directions de polarisation AI et A2, ces deux directions étant de préférence perpendiculaires.

L'onde acoustique émergente est détectée de façon à déterminer les valeurs remarquables de la fréquence fi de l'onde incidente pour lesquelles le chemin acoustique, pour la lame à étudier, est celui d'une lame onde ou demi-onde à la fréquence considérée. De manière non limitative, la qualité de lame onde ou demi-onde à la fréquence considérée peut être déterminée par application des signaux d'amplitude délivrés par l'analyseur 4 pour chaque direction Al, A2 à tout dispositif tel qu'un oscilloscope par exemple, en vue de former par combinaison de ces signaux un signal résultant, tel qu'une courbe du type courbe de Lissajou, représentatif de la phase relative des signaux selon chaque direction Al, A2, la qualité de lame-onde ou demi-onde à la fréquence considérée étant obtenue pour un déphasage 9 = (k)# des signaux détectés dans les directions Al et A2. Pour une lame initialement isotrope, le déphasage entre les deux ondes précitées suivant les directions Al, A2 est donné par la relation (I) (I) # = w.e. a (1 + n 2.Vo.

relation dans laquelle est la pulsation (ou fréquence) de l'onde acoustique incidente, e l'épaisseur de la lame ou tout au moins la dimension géométrique du trajet de l'onde acoustique dans la lame, a la contrainte mécanique appliquée à la lame,
Vo la vitesse de propagation des ondes acoustiques à la fréquence de l'onde incidente en l'absence de contrainte,
la constante élastique du deuxième ordre de LAME pour le matériau constitutif de la lame à l'étude, n la constante élastique du troisième ordre 4xC456
pour le matériau constitutif de la lame à l'étude.

Une mesure de la suite des fréquences f1...

fi...fn ou pulsations 1, ... #i.... un pour lesquelles,pour la lame à l'étude, le chemin acoustique est celui d'une- lame onde ou demi-onde permet alors de déterminer le déphasage # apporté par la lame 1 sous contrainte par la relation (II) : (Il) = Tr X f
fi-fi-i dans laquelle fi et fi-l représentent les fréquences successives de l'onde acoustique incidente pour lesquelles la lame est onde ou demi-onde et f la fréquence de l'onde acoustique incidente.

La valeur de l'angle e d'orientation des axes principaux Ox' et Oy' est donnée par la relation (III)
Si r représente le rapport des amplitudes des signaux détectés par l'analyseur 4 dans les r directions A2 et A1 pour la fréquence fi-l et si r' représente le même rapport pour la fréquence fi, la valeur de l'angle O d'orientation des axes principaux de biréfringence Ox' et Oy' est donnée par
(III) tg2# 1 - rr'
A titre d'exemple non limitatif, ainsi que représenté en figure lb, la direction de polarisation
P de l'onde acoustique incidente est représentée formant un angle a par rapport à la direction Ox et l'angle O d'orientation des axes principaux de contrainte est représenté par rapport à cette même direction de référence. La vibration acoustique transmise par la lame 1 sur sa face opposée à la face d'entrée est une vibration elliptique dont les axes principaux sont orientés selon les directions des axes principaux de contrainte Ox', Oy' déjà cités.

Des essais effectués dans le cas d'une lame à étudier 1 naturellement biréfringente constituée par une lame de fluorine d'épaisseur e = 2,16mm taillée perpendiculairement à une direction |110| du cristal, ont montré que la suite des fréquences remarquables successives forme une progression arithmétique de raison 7,3 MHz.

Les paramètres de biréfringence de la lame à l'étude définis comme les paramètres de biréfringence O et 9 précités peuvent alors être déterminés à partir des mesures de fréquence successives.

Le procédé tel que décrit précédemment apparaît particulièrement adapté pour la mesure de paramètre de biréfringence de fortes valeurs, c'est-à-dire d'écarts de fréquence successives faibles, n'excédant pas 1 à 2 mégaHertz pour une fréquence centrale de cet ordre de grandeur. Dans le cas où la biréfringence est faible, c'est-à-dire en fait dans le cas où l'écart de fréquence entre deux valeurs remarquables successives est important, plusieurs mégaHertz,ou encore dans le cas où, le procédé de l'invention n'étant pas limité à une fréquence de l'ordre de 1 à 2 mégaHertz, l'écart de fréquence entre deux valeurs remarquables successives est largement supérieur à la bande passante de l'analyseur 4, le procédé objet de la présente invention reste bien entendu valable dans son principe mais il est particulièrement avantageux d'adapter celui-ci afin de permettre la détection de la -qualité de lame onde ou demi-onde de la lame à étudier pour au moins deux valeurs successives fi, fi-l comprises dans la bande de fréquence-de l'analyseur 4.

Dans ce but, ainsi qu'il sera décrit en liaison avec la figure 2a, il est avantageux d'associer à la lame à étudier une lame à faces parallèles additionnelle notée 1' sur cette figure dont les paramètres intrinsèques de biréfringence ss et f sont connus, f ayant de préférence une valeur élevée.

Bien entendu, les paramètres de biréfringence ss et sont définis pour la lame additionnelle 1' par rapport aux directions de référence Ox, Oy comme l'angle d'orientation des axes principaux de la lame additionnelle par rapport à ces directions Ox et Oy et comme le déphasage propre apporté par la lame additionnelle 1' à la propagation-des deux ondes élastiques transversales se propageant du fait de la biréfringence propre de la lame additionnelle 1' selon la direction
Oz, les deux ondes étant polarisées selon les axes principaux de la lame additionnelle 1'.

Ainsi que représenté en figure 2bt dans le cas où avantageusement mais de manière non limitative, les directions des axes principaux (rapides et lents) de la lame additionnelle sont confondus avec les directions Ox et Oy de référence, l'effet des deux lames biréfringentes 1 et 1' est équivalent aux effets d'une lame unique, suivis d'une rotation R autour de la direction de propagation Oz, la lame à étudier 1 et la lame additionnelle 1' constituant un ensemble de lames dont les paramètres de biréfringence sont notés y et 9, y étant l'angle d'orientation des axes principaux Ou, Ov de l'ensemble de lames, ou selon une définition analogue à celle de ss et f ou de O et y3: y = Ox, Ou O = Ox, Ox' étant étant le déphasage apporté par l'ensemble de lames 1 et 1' à la propagation de deux ondes élastiques se propageant, du fait de l'ensemble de lames, selon la direction Oz, les deux ondes étant polarisées respectivement selon une direction parallèle à Ou et Ov, R étant désigné comme le pouvoir rotatoire de l'ensemble de lames.

Une analyse conduite par exemple au moyen de la représentation de la sphère de POINCARE pour les deux milieux successifs traversés par l'onde incidente constituant l'ensemble de lames permet d'établir les relations suivantes entre les divers paramètres directeurs et/ou paramètres de biréfringence successifs de la forme (IV) tg2γ = Sin # # Sin2#
Sin# # Cons2##Cos# + Cos# # Sin# (V) tg# = [Sin2 ##Sin2 2# + (Sin##Cos2##Cos#+Cos##Sin#)2]1/2 (Cos## Cos# - Sin##Cos2# # Sin# ) (VI) R = Arg (tg 4 . tg + . e 2j# - 1)
2
avec j = #-1 dans la relation VI.

A partir des relations (IV) (V) (VI) précédentes, i existe, en dehors des cas particuliers banals ou difficiles à obtenir expérimentalement tels que a) # = 2 kr , k entier où soit la lame additionnelle
est une lame onde où soit le polariseur 3
est orienté selon la direction de l'axe rapide de
celle-ci, la direction Ox de référence de préférence, b) # = kit , # = Kir k et K entier où lame additionnelle
à l'étude sont demi-ondes, une suite de fréquences
pour lesquelles la direction principale Ou de
l'ensemble de lames 1, 1' coïncide avec la direction
a du polariseur 3, la vibration acoustique émergente
étant rectiligne.

Dans ce cas, la configuration correspond d la rela tion tg 2 # = = tg 2 a et la relation remarquable
suivante VII est vérifiée (VII) sin 2 O = Cos20 + tg # tg2α#Cos# tg#
Un cas particulièrement remarquable est celui pour
lequel le polariseur 3 est à 450 par rapport à la
direction de référence Ox soit a = p T , p entier,
la relation précédente devenant 4 (VIII) Cos2# + tg = 0.

tg
Il est alors possible à partir des mesures des paramètres de biréfringence Y et t de l'ensemble de lames 1 et 1' mesurés à partir de deux fréquences successives fi, fi-l de déterminer les paramètres de biréfringence O et # de la lame 1 à étudier associée, à partir de l'une des relations IV à VIII selon les conditions de mesure.

A titre d'exemple non limitatif, et de manière avantageuse, les directions de référence Ox, Oy sont celles des axes rapide et lent de la lame additionnelle 1' et le polariseur P est orienté à 45 par rapport à l'axe Ox et la détermination de ç à partir des fréquences mesurées fi, fi-l, # étant connu, permet de déterminer puis O à partir de la relation VIII précitée. Bien entendu, la lame additionnelle 1' peut être constituée par une lame ou un jeu de lames à biréfringence acoustique naturelle ou même de lames à biréfringence acoustique provoquée. Dans ce dernier cas, une contrainte supplémentaire p peut être exercée de manière sélective sur la lame additionnelle 1' de façon à pouvoir ajuster, si nécessaire, les conditions de mesure.

Sur la figure 2a, la détection de l'onde émergente est effectuée sur l'onde transmise par l'ensemble de lames 1, 1' et en particulier sur la face de sortie, opposée à la face d'entrée accolée à la lame additionnelle 1'. La position relative de la lame additionnelle et de la lame à étudier par rapport au polariseur 3 peut être modifiée ; les lames 1 et 1' étant interverties par rapport au sens de propagation de l'onde acoustique se propageant selon Oz.

Selon un mode de réalisation du procédé de l'invention représenté en figure 3, la détection de l'onde acoustique émergente est effectuée sur la face d'entrée de la lame à étudier ou de l'ensemble de lames 1 et 1'. Dans ce cas l'onde acoustique incidente se propage selon la direction Oz puis se réfléchit sur la face arrière de la lame à étudier ou de l'ensemble de lames,la dimension géométrique du chemin acoustique parcouru par l'onde acoustique après détection étant égale à 2x (e+e') où e et e' représente respectivement l'épaisseur de chaque lame 1, 1'.

Dans tous les cas, la détection de l'onde émergente est effectuée par rapport à deux directions orthogonales de la face de sortie de la lame à étudier ou de l'ensemble de lames 1, 1', ces directions étant les directions Al, A2 de l'analyseur 4. On notera que dans le cas d'une détection après réflexion, ainsi que représenté en figure 3, seul l'analyseur 4 est utilisé à la fois comme polariseur, direction de polarisation Al reliée au générateur excitateur 2, et comme analyseur les directions de polarisation Al, A2 étant reliées aux moyens d'exploitation 5.

En outre sur les figures 2a et 3 une liaison fonctionnelle 6 entre moyens d'exploitation 5 et génd- rateur d'excitation 2 est représentée de façon à illustrer un ou plusieurs modes opératoires particuliers en ce qui concerne la conduite particulière du procédé de l'invention ainsi qu'il sera décrit ultérieurement dans la description.

Le dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé de 1' invention sera maintenant décrit au moyen des figures 4a et 4b.

Ainsi que représenté en figure 4a, le dispositif de mesure des paramètres de biréfringence acoustique de l'invention pour une lame à faces parallèles comprend des moyens 2, 3 générateurs d'une on-de acoustique transversale polarisée rectilignement dite onde incidente. La fréquence porteuse de l'onde engendrée peut être variée continument. En outre, les moyens détecteurs 4 permettent une détection de l'onde acoustique émergente résultant de la propagation de l'onde incidente dans la lame à étudier. La détection permet de déterminer les valeurs remarquables de la fréquence de l'onde incidente pour lesquelles le chemin acoustique pour la lame à étudier est celui d'une lame onde ou demi-onde.Des moyens d'exploitation 5 sont prévus pour déterminer les paramètres directeurs de biréfringence acoustique de la lame à étudier à partir des mesures de fréquences successives. Ls moyens d'exploitation 5 peuvent être,ainsi qu'il a déjà été donné à titre d'exemple pour l'illustration du procédé, des moyens analogiques ou,selon un mode de réalisation préférentielle du dispositif de l'invention,des moyens numériques. Les moyens générateurs de l'onde acoustique transversale incidente comprennent ainsi qu'il est en outre représenté en figure 4b,un générateur 20 excitateur d'onde électromagnétique à fréquence ajustable. Ce générateur alimente un transducteur émetteur ou polariseur noté 3 mécaniquement solidaire de la face d'entrée de la lame à étudier.

Le transducteur-émetteur permet de transformer le signal électromagnétique délivré par le générateur 20 en une vibration acoustique transversale polarisée linéairement de même fréquence que la fréquence de l'onde électromagnétique engendrée par le générateur 2.

Le transducteur émetteur peut de préférence être constitué par exemple par une sonde commercialisée par la Société PANAMETRICS sous la référence V 154.

De la même manière, les moyens détecteurs 4, permettant une détection de l'onde acoustique émergente selon deux directions orthogonales situées dans un plan sensiblement parallèle aux directions de référence Ox, Oy, sont constitués par un transducteur analyseur comportant en fait deux analyseurs croisés dont les directions de polarisation sont perpendiculaires. Les directions de polarisations précitées correspondent aux directions Al, A2 déjà citées. A titre d'exemple non limitatif, le transducteur polariseur 4 peut être constitué par collage d'un quartz piézo-électrique de coupe Y sur une sonde du type tel que décrit précédemment en référence au transducteur polariseur 3.Bien entendu, les transducteurs polariseurs 3 et analyseurs 4 ont de préférence des fréquences centrales voisines, de l'ordre de quelques mégaHertz,et des bandes passantes larges de l'ordre de 2 à 3 mégaHertz ou égales à au moins 50 à 60 % de la valeur de la fréquence centrale, le procédé et le dispositif de l'invention n'étant pas limités à des valeurs de fréquence de l'onde incidente émises dans le domaine de fréquence du mégaHertz. On notera que les différents collages des sondes ainsi réalisées sur les faces d'entrée, de sortie de l'onde acoustique peuvent être réalisés au moyen de résines synthétiques commercialisées sous la marque de commerce ARALDITE ou V19 (commercialisé par la société DOW CORNING) ou analogue.On comprendra en fait que l'ensemble des collages précités peut être réalisé par tout agent de collage qui après séchage constitue un milieu isotrope pour la propagation des ondes acoustiques transversales.

Dans le cas où ainsi qu'il a été représenté en figure 3, la détection de l'onde acoustique émergente est effectuée après réflexion, le transducteur analyseur 4 réalisé ainsi au'il a été décrit précédemment est collé directement sur la face d'entrée de la lame 1' par exemple ou lame additionnelle. Dans ce mode de réalisation, le transducteur dit analyseur 4 joue également le rôle de transducteur polariseur.

A cet effet, les bornes d'excitation de l'analyseur Al, de préférence l'analyseur situé à proximité immédiate de la face d'entrée, peuvent être reliées au générateur excitateur 2 par l'intermédiaire d'un circuit aiguilleur permettant l'alimentation de l'analyseur Al par le générateur 2, l'analyseur Al fonctionnant alors en polariseur, une autre borne de connexion de l'analyseur Al étant reliée à une deuxième borne du circuit aiguilleur en vue d'assurer la détection à la réception de l'onde acoustique émergente. Cette deuxième borne du circuit aiguilleur est en outre reliée au moyen d'exploitation 5. A titre d'exemple non limitatif, le circuit aiguilleur peut être constitué par exemple par un circuit du genre Té hybride comportant au moins une voie directe et une voie auxiliaire, ces voies permettant la séparation des signaux à l'émission et à la réception après détection par l'analyseur.

Ces circuits sont des circuits classiques dans la technique des très hautes fréquences et ne seront pas décrits en détail. Ainsi qu'il est en outre représenté en figure 4b, dans une version numérisée des moyens d'exploitation 5, les moyens générateurs 2 comprennent un modulateur programmable 21 permettant d'effectuer une modulation d'amplitude de l'onde électromagnétique engendrée par le générateur 20 par impulsions de durée et de fréquence de répétition variables. On comprendra en fait que le modulateur programmable permet par variation de la valeur du rapport cyclique des impulsions de faire' varier en fait la durée du train d'onde sinusoidale engendrée par le générateur 20.

Cette durée peut avantageusement être choisie en fonction des paramètres géométriques de la lame à étudier ou de l'ensemble de lames telles que l'épaisseur, notamment dans le cas ou la détection de l'onde émergente est effectuée après réflexion.En outre, les moyens d'exploitation 5 comportent une boucle dite de réaction 6 permettant le contrôle en fréquence du générateur 2 excitateur d'onde électromagnétique en fonction du déphasage mesuré. Cette boucle de réaction permet un choix optimal des fréquences émises par le générateur 20.

Les moyens d'exploitation 5 comportent de préférence un convertisseur analogique numérique à deux voies 50 recevant les signaux détectés par l'analyseur transducteur 4 lequel délivre les signaux correspondants codés sous forme numérique. Un calculateur de contrôle et de gestion 51 reçoit les signaux numériques délivrés par le convertisseur analogique numérique 50, ce calculateur étant relié par un bus de liaison au générateur 20 et au modulateur 21. En outre, le calculateur est relié par ce même bus au convertisseur analogique numérique 50.Le calculateur 51 permet de programmer toute loi de variation de la fréquence d'émission de l'onde électromagnétique d'excitation engendrée par le générateur 20, la durée de cette émission par la programmation du modulateur d'impulsions 21, la synchronisation du modulateur 21 du générateur 20 et du convertisseur analogique numérique 50 ainsi que,si nécessaire, le pas de codage numérique des signaux délivrés par celui-ci. A titre d'exemple non limitatif, ce pas de codage peut si nécessaire être effectué sur 16 bits afin d'obtenir une bonne résolution des valeurs d'amplitude des signaux délivrés par le transducteur analyseur 4. Le calculateur 51 peut être constitué par un processeur normalement disponible dans le commerce, par exemple un processeur 16 bits.Ce calculateur a titre d'exemple non limitatif comporte au moins une zone mémoire morte comprenant une séquence de mesure de fréquence des signaux numériques issus des deux voies du convertisseur analogique numérique 50. Cette séquence peut par exemple être effectuée par comptage des passages par zéro des valeurs délivrées par le convertisseur analogique numérique 50.

La zone mémoire morte du calculateur comporte en outre une séquence de mesure de la différence de phase des signaux issus des deux voies du convertisseur analogique numérique 50. Cette séquence peut être réalisée à partir des valeurs de fréquences r 4morisdes des deux signaux précités à un même instant de référence donné. En outre, une séquence de contrôle de la fréquence du signal électromagnétique d'excitation émis par le générateur 2 est également prévue en zone de mémoire morte. Cette séauence de contrôle est transmise sous forme de signal numérique par le bus de liaison au générateur excitateur et au modulateur sous forme de paramètres d'émission numérisés.

Bien entendu, une zone mémoire adressable est prévue dans le calculateur afin de permettre la mémorisation des valeurs représentatives des fréquences remarquables fi, fi-l pour lesquelles la lame ou l'ensemble de lames est onde ou demi-onde. Enfin, une zone mémoire morte comprend également une séquence de calcul de paramètres de biréfringence O et f précités pour la lame à l'étude, à partir des paramètres directeurs de biréfringence déjà cités et des fréquences remarquables mémorisées. Bien entendu, la séquence de calcul prdcédente est effectuée conformément aux relations (IV) à (VIII) définies précédemment dans la description, le choix de ces relations pouvant normalement être adapté en fonction des conditions d'expérimentation et de mesure.

On a ainsi décrit un procédé et un dispositif de mesure des paramètres de biréfringence acoustique d'une lame à faces parallèles en un matériau à étudier, susceptiblesd'applications industrielles et capables de permettre la réalisation de mesure d'une très grande précision en raison notamment de la très grande maîtrise du seul paramètre mesure variable utilisé : la fréquence de l'onde acoustique servant à l'analyse de la lame.

Les paramètres de fréquence sont actuellement des paramètres qui peuvent être déterminés avec les précisions les plus importantes.

En outre le procédé et le dispositif objet de l'invention est particulièrement bien adapté pour la réalisation de cartographie des contraintes résiduelles ou naturelles de matériaux. Dans ce but, l'ouverture du faisceau de l'onde acoustique incidente peut être choisie de façon à présenter un diamètre de faible valeur, de l'ordre de 3 mm. L'analyse successive selon le procédé de l'invention permet d'effectuer un relevé cartographique des contraintes particulièrement précis.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour déterminer les paramètres de biréfringence acoustique 8 et d'une lame à faces parallèles à étudier par rapport à deux directions de références données, caractérisé en ce qu'il consiste:

- à engendrer une onde acoustique transversale polarisée rectilignement, dite onde incidente, et à la diriger vers la face dite d'entrée de la lame à étudier, à à varier continûment en fréquence ladite onde acoustique incidente,

- à détecter l'onde acoustique émergente résultant de la propagation dans la lame à étudier pour déterminer les valeurs remarquables de la fréquence de l'onde incidente pour lesquelles le chemin acoustique, pour la lame à étudier, est celui d'une lame onde ou demi-onde,

- à déterminer les paramètres directeurs de biréfringence de la lame à l'étude à partir des mesures de fréquence successives.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à associer à ladite lame à étudier une lame à faces parallèles additionnelle dont les paramètres de biréfringence sont connus, lesdites lames constituant un ensemble de lames.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la détection de l'onde acoustique émergente est effectuée sur l'onde transmise par la lame à étudier ou par l'ensemble de lames.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la détection de l'onde acoustique émergente est effectuée sur la face d'entrée de la lame à étudier ou de l'ensemble de lames, après réflexion de l'onde acoustique sur la face arrière de la lame à étudier ou de l'ensemble de lames.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la détection de l'onde émergente est effectuée par rapport à deux directions orthogonales de la face de sortie de la lame à étudier ou de l'ensemble de lames.

6. Dispositif de mesure des paramètres de biréfringence acoustique d'une lame à faces parallèles à étudier par rapport à deux directions de référence données, caractérisé en ce qu'il comprend

- des moyens (2, 3) générateurs d'une onde acoustique transversale polarisée rectilignement, dite onde incidente, la fréquence de l'onde engendrée pouvant être variée continûment,

- des moyens détecteurs (4) permettant une détection de l'onde acoustique émergente résultant de la propagation de l'onde incidente dans la lame à étudier afin de déterminer les valeurs remarquables de la fréquence de l'onde incidente pour lesquelles le chemin acoustique, pour la lame à étudierssest est celui d'une lame onde ou demi-onde,

des moyens d'exploitation (5) analogiques ou numériques permettant de déterminer les paramètres directeurs de biréfringence acoustique de la lame à étudier à partir des mesures de fréquences successives.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens générateurs de l'onde acoustique transversale comportent

- un générateur (20) excitateur d'onde électromagnétique à fréquence ajustable,

- un transducteur émetteur ou polariseur (3) mécaniquement solidaire de la face d'entrée de la lame (1) à étudier ledit transducteur émetteur recevant les signaux excitateurs émis par le générateur excitateur (2).

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens générateurs comportent en outre un modulateur programmable, ledit modulateur permettant d'effectuer une modulation d'amplitude de ladite onde électromagnétique par impulsions de durée et de fréquence de répétition variables.

9. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8 précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens détecteurs (4) permettent une détection de ladite onde acoustique émergente selon deux directions orthogonales situées dans un plan sensiblement parallèle aux directions de référence (ox, oy).

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens détecteurs (4) sont constitués par deux analyseurs croisés dont les directions de polarisation sont perpendiculaires.

11. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que lesdits moyens d'exploitation (5) comportent une boucle de réaction (6) permettant le contrôle en fréquence du générateur (2) excitateur d'onde électromagnétique à fréquence ajustable en fonction du déphasage mesuré.

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens d'exploitation (5) comportent

- un convertisseur analogique numérique à deux voies (.50) recevant les signaux détectés par les moyens détecteurs. (4) et délivrant des signaux numériques,

- un calculateur de contrôle et de gestion (51) recevant les signaux numériques délivrés par le convertisseur analogique numérique (50), ledit calculateur (51) étant relié par un BUS de liaison audit générateur (2) et audit modulateur, le BUS de liaison constituant ladite boucle de contrôle (6) des moyens d'exploitation.

13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit calculateur de contrôle et de gestion i..sî) comporte au moins une zone mémoire du type mémoire morte comprenant

- une séquence de mesure de fréquence des signaux numériques issus des deux voies du convertisseur analogique numérique (50),

- une séquence de mesure de la différence de phase des signaux issus des deux voies du convertisseur analogique numérique (50),

- une séquence de contrôle de la fréquence du signal électromagnétique d'excitation émis par le générateur excitateur (2), ladite séquence de contrôle étant transmise sous forme d'un signal numérique par le

BUS de liaison au générateur excitateur- (2) et au modulateur,

- une zone mémoireadressable permettant la mémorisation des valeurs représentatives desdites fréquences remarquables,

- une zone mémoire morte comprenant une séquence de calcul des paramètres de biréfringence f et # à partir des paramètres directeurs de biréfringence.