FR2693798A1 - Dispositif d'inspection de courants de Foucauld à champ magnétique rotatif. - Google Patents

Abstract

Un dispositif d'inspection de courants de Foucault à champ magnétique rotatif comprend une bobine d'émission ayant une pluralité d'enroulements d'émission. Une armature de bobine soutient les enroulements d'émission en une disposition circonférentielle ayant une dimension axiale, chaque enroulement d'émission s'étendant autour de la disposition circonférentielle et ayant une pluralité de segments axiaux s'étendant le long d'une partie au moins de la dimension axiale. Une bobine de réception ayant au moins un enroulement de réception s'étend autour de la disposition circonférentielle et un circuit est connecté à chacun des enroulements d'émission pour appliquer un signal alternatif électrique à chaque enroulement d'émission qui est déphasé par rapport à l'un et l'autre enroulements d'émission pour produire un champ magnétique rotatif et alternatif autour de la disposition circonférentielle. Le champ est applicable au matériau conducteur à tester autour de la disposition circonférentielle pour produire les courants de Foucault dans le matériau. Un circuit de mesure des courants de Foucault est connecté à l'enroulement de réception. L'enroulement de réception reçoit le champ magnétique rotatif alternatif provenant des courants de Foucault du matériau pour produire des courants de Foucault dans la bobine de réception qui sont mesurés par le circuit de mesure de courants de Foucault.

Description

DISPOSITIF D'INSPECTION DE COURANTS DE FOUCAULT A CHAMP
MAGNETIOUE ROTATIF
DOMAINE ET INFORMATIONS GENERALES SUR L'INVENTION
La présente invention porte en général sur les essais non destructifs de structures électroconductrices, tels que les tubes échangeurs de chaleur, et particulièrement sur un nouvel et utile dispositif d'inspection de courants de Foucault qui utilise un champ magnétique rotatif pour induire des courants de Foucault dans la structure conductrice.

Une bobine de fil excitée par une tension alternative produira un champ magnétique alternatif. Si un matériau conducteur est placé sous l'influence de ce champ magnétique, un courant sera généré dans le conducteur. Le courant induit dans le conducteur est caractérisé par la loi de Lenz et s'appelle un courant de
Foucault. Ce courant aura un sens opposé au champ variable produit par la bobine d'excitation. La bobine de commande va de la même façon réagir à l'influence du champ externe produit par le flux de courants de Foucault dans le conducteur.

La génération d'un flux de courant secondaire et la réaction de la bobine d'excitation à ce flux de courant secondaire est analogue au modèle d'un transformateur électrique. La bobine est dans le primaire, le matériau testé est le circuit secondaire, et la réaction du primaire au courant secondaire (de Foucault) est l'impédance réfléchie. Cette impédance réfléchie peut être facilement mesurée par les circuits appropriés.

Le sens et la densité du flux de courant de Foucault dans le conducteur seront fonction du champ magnétique net dans le matériau, de la résistivité et de la perméabilité du matériau et de la géométrie du matériau. Une fissure dans le matériau va modifier la résistivité du matériau et donc changer l'impédance réfléchie mesurée par l'instrument de courants de Foucault.

Les essais par courants de Foucault sont devenus la méthode standard pour un examen non destructif (NDE) des tubes échangeurs de chaleur. Typiquement, une sonde à bobine longue différentielle est utilisée dans un mode d'impédance réfléchie pour la majorité des inspections de tubes non ferromagnétiques. La bobine longue est orientée avec son axe de bobine coaxialement à l'axe du tube.

Les avantages de la sonde à bobine longue différentielle sont la vitesse de l'inspection et le fait qu'elle est une norme acceptée.

Avec les progrès de l'état de la technique en matière d'essais non destructifs, certains inconvénients des inspections par bobine longue sont devenus plus apparents. Du fait que le courant de Foucault induit se déplace circonférentiellement autour du tube, la sonde a une sensibilité réduite aux défauts de fissures circonférentielles. Par ailleurs, la sonde va également "établir une moyenne" de toutes les discontinuités du matériau se présentant dans son champ de vision. Cette "moyenne" va sérieusement limiter la capacité de la sonde à caractériser les défauts multiples à une seule élévation ou de petits défauts de volume.

Les problèmes de l'inspection par bobine longue ont poussé au développement d'un système de sonde à bobine plate rotative qui fonctionnait également dans le mode d'impédance réfléchie.

Ces systèmes à bobine plate rotative (RPC) se révélèrent avoir de meilleures capacités d'imagerie.

Alors que la bobine longue ne produisait de données que dans le sens axial, les sondes RPC pouvaient produire des données de courant de Foucault dans deux axes (axial et circonférentiel). Ceci permettait une meilleur imagerie et davantage de détails sur les défauts multiples à une seule position axiale. Ces défauts pouvaient être caractérisés avec une plus grande précision.

En outre, les systèmes RPC étaient conçus pour permettre aux bobines de suivre la surface testée. Ceci éliminait un grand nombre des effets géométriques présents dans les zones de transition de laminage des parois de tubes.

Les inconvénients des systèmes RPC étaient la vitesse et la fiabilité réduites et les coûts élevés qui en résultaient. le système RPC exigeait généralement un certain temps de remplacement et de réglage et donc une irradiation additionnelle dans les environnements des installations nucléaires.

En raison de la conception mécanique des systèmes à sonde rotative, leur utilisation est limitée dans les sections circulaires et dans les géométries de tube où le couple d'entraînement rotationnel peut être facilement transmis.

Un deuxième mode d'essais par courants de Foucault qui est très semblable au mode réfléchi est le mode d'émission/réception ou d'excitation/exploration. La différence principale est que des bobines séparées sont utilisées pour générer des champs magnétiques alternatifs, qui entraînent les courants de Foucault, puis pour détecter le champ de courants de Foucault. Ce mode a certaines applications dans les essais de matériaux tant ferromagnétiques que non ferromagnétiques.

RESUME DE L'INVENTION
Le concept de base de la sonde à champ magnétique rotatif de la présente invention est l'utilisation d'un enroulement multiphasé pour produire un champ magnétique pour l'essai par courants de Foucault d'un matériau conducteur. En principe, l'enroulement multiphasé est semblable à celui utilisé dans un enroulement de stator de moteur électrique ou dans un système à synchrotransmetteur. La relation de phase et d'amplitude entre les tensions appliquées à chaque phase de l'enroulement détermine le sens du champ produit par l'enroulement.

I1 existe trois modes possibles de fonctionnement du concept de sonde à champ magnétique rotatif. Ces modes sont:
Impédance réfléchie;
Emission/réception; et
Concentration magnétique.

Comme on l'a exposé plus haut, la plupart des essais connus sont effectués actuellement à l'aide du mode d'impédance réfléchie. La configuration du concept du champ magnétique rotatif est plus directement appliquée au mode d'essais par émission/réception.

La majorité des essais de preuve du principe de la présente invention ont été faits en utilisant le mode de fonctionnement par émission/réception avec une bobine triphasée. La description de l'invention et la discussion des résultats seront centrées sur cette configuration de base. Le but de cette discussion n'est pas toutefois de limiter l'étendue de l'invention.

En conséquence, un objet de la présente invention est de fournir un dispositif d'inspection de courants de
Foucault à champ magnétique rotatif comprenant: une bobine d'émission comprenant une pluralité d'enroulements d'émission; une armature de bobine pour soutenir lesdits enroulements d'émission en une disposition circonférentielle ayant une dimension axiale, chaque enroulement d'émission s'étendant autour de la disposition circonférentielle et ayant une pluralité de segments axiaux s'étendant le long d'une partie au moins de la dimension axiale; une bobine de réception ayant au moins un enroulement de réception s'étendant autour de la disposition circonférentielle; des moyens de circuit connectés à chacun des enroulements d'émission pour appliquer un signal alternatif électrique à chaque enroulement d'émission qui est déphasé ou d'une amplitude différente simulant une relation de phase avec l'un et l'autre enroulements d'émission pour produire un champ magnétique rotatif et alternatif autour de la disposition circonférentielle, le champ étant applicable au matériau conducteur à tester autour de la disposition circonférentielle pour produire des courants de Foucault dans le matériau; et un moyen de mesure de courants de Foucault connecté au moins à l'un desdits enroulements de réception, l'enrou- lement de réception recevant un champ magnétique alternatif rotatif provenant des courants de Foucault du matériau pour produire des courants de Foucault dans la bobine de réception.

Un autre objet de l'invention est de fournir une variété de dispositions de circuit et de configurations d'enroulement à utiliser avec le dispositif de l'invention, et en particulier une disposition de sonde portant les enroulements de réception et d'émission.

Un autre objet de l'invention est encore de fournir un dispositif d'inspection de courants de Foucault à champ magnétique rotatif n'ayant aucune pièce mobile et qui soit d'une conception simple, d'une construction robuste et d'une fabrication économique.

Les diverses caractéristiques nouvelles que présente l'invention sont soulignées particulièrement dans les revendications ici annexées et qui font partie de cet exposé. Pour une meilleure compréhension de l'invention, de ses avantages opérationnels et des objectifs spécifiques atteints par ses utilisations, il est fait référence aux diagrammes d'accompagnement et documents descriptifs dans lesquels les réalisations préférées de l'invention sont illustrées.

BREVE DESCRIPTION DES DIAGRAMMES
Dans les diagrammes:
La Figure 1 est un schéma de principe illustrant la
configuration générale de l'invention;
La Figure 2 est une vue de face latérale d'une géné
ration plate pour une disposition d'en
roulement bipolaire triphasé sinusoïdale
tronquée cylindrique de la présente
invention;
La Figure 3 est une vue semblable à la Figure 2 mon
trant un enroulement sur une armature
d'enroulement de la présente invention;
La Figure 4 est une vue semblable à la Figure 3 d'une
autre réalisation de l'invention;
La Figure 5 est une vue semblable à la Figure 3 mon
trant deux enroulements sur une armature
d'enroulement de la présente invention;
La Figure 6 est une vue de face latérale schématique
d'une sonde de la présente invention dans
un tube de transfert de chaleur pour des
essais non destructifs de ce tube;;
La Figure 7 est une génération plate d'une bobine à
un seul enroulement de réception cylin
drique bobiné au-dessus des enroulements
d'émission selon une réalisation de l'in
vention;
La Figure 8 est une vue semblable à la Figure 7 d'une
autre disposition de la bobine de récep
tion;
La Figure 9 est une autre vue semblable à la Figure 7
d'encore une autre réalisation de
l'enroulement de réception;
La Figure 10 est un schéma de principe d'un circuit
d'excitation triphasé de la présente
invention;
La Figure 11 est un tracé schématique des résultats
des essais pour une réponse type de trou
en fond plat de la présente invention;
La Figure 12 illustre les enroulements d'une bobine
d'émission multiphasée ayant des segments
axiaux qui convergent en s'écartant des
segments circonférentiels des enroule ments;;
La Figure 13 est une vue semblable à la Figure 12
d'une autre option d'enroulement d'émis
sion selon la présente invention;
La Figure 14 est une option d'enroulement d'une bobine
de réception de la présente invention;
La Figure 15 est une vue semblable à la Figure 14
d'une autre configuration triangulaire de
la bobine de réception;
La Figure 16 est une vue semblable à la Figure 14
d'encore une autre disposition des enrou
lements de réception utilisant une con
figuration en parallélogramme; et
La Figure 17 est une vue semblable à la Figure 16
d'une autre option d'enroulement de la
bobine de réception.

DESCRIPTION DES REALISATIONS PREFEREES
Le système de sonde à champ magnétique rotatif de l'invention consiste essentiellement en une sonde 10 à la
Figure 1, avec un enroulement triphasé et une ou plusieurs bobines exploratrices, et en un circuit de connexion 12 qui interface la sonde 10 avec un instrument de courants de Foucault standard 14 et génère l'excita- tion multiphasée.

La sonde de l'invention avec son enroulement d'émission triphasé a un enroulement de réception enroulé pardessus l'extérieur de la bobine d'émission. La sonde a été conçue en fonction de l'enveloppe de la bobine longue différentielle standard pour l'inspection de tubes de diamètre extérieur de 0,625. Une configuration à enroulement d'émission unique a été testé avec plusieurs enroulements de réception différents.

L'enroulement triphasé fournit l'excitation pour les courants de Foucault. Le champ net produit dans l'enrou- lement est une superposition du champ de chaque phase. En changeant la relation décalage de phase (temps)/amplitude du signal fourni à chaque bobine de l'enroulement triphasé, on peut faire tourner le champ net. Comme le champ net change, la forme des courants de Foucault induits dans le matériau testé change.

Comme le montre la Figure 2, une bobine triphasée 16 de l'invention consiste en trois fils 17, 18, 19 qui sont enroulés ensemble sur une armature de bobine 20 ou 22 de la manière montrée aux Figures 2, 3 ou 4. Le fil 17 porte la phase ou l'amplitude 1, le fil 18 porte la phase ou l'amplitude 2 et le fil 19 porte la phase ou l'amplitude 3. L'armature de bobine 20 montrée à la Figure 3, a la forme de crochets ou due points d'armature 24 montrée.

L'enroulement est fait en commençant trois bobines simultanément et en bouclant chaque fil autour des crochets corrects au fur et à mesure que l'armature de bobine 20 de la sonde est tournée. Une armature différente 22 à crochets est montrée à la Figure 4. Ceci est illustré pour deux phases sur des crochets 24 à la Figure 5. La forme est donc définie par l'armature de bobine de la sonde et la séquence choisie de crochets pour chaque phase de l'enroulement.

La construction de sonde générale 10 est montrée à la Figure 6. Le corps 30 de la sonde 10 contient la connexion électrique de coax avec les bobines et fournit l'intégrité structurelle de la tête de sonde. I1 est possible en option d'utiliser un noyau de ferrite 32 au centre de l'enroulement d'émission pour fournir un champ d'émission plus fort. La bobine d'émission 16 est montrée sur l'armature 20 et une bobine de réception différentielle 34 est montrée au-dessus de la bobine 16. La sonde 10 est centrée dans un tube 100 à tester, en centrant les dispositifs 36 et 37.

L'armature de bobine 20, la forme d'enroulement et le nombre de phases peuvent varier suivant l'application.

En mode d'émission/réception standard des essais par courants de Foucault, une bobine est utilisée pour exciter les courants de Foucault dans le matériau et une deuxième bobine est utilisée pour détecter le champ net produit par la bobine d'émission et par les courants de
Foucault induits dans le matériau testé. La bobine de réception répond au champ net et renvoie un signal à l'instrument de courants de Foucault. Dans l'instrument, le signal de la bobine de réception est démodulé en quadrature avec le signal d'émission. Cette démodulation récupère les informations de phase et d'amplitude des courants de Foucault.

Trois options de bobine de réception ont été testées durant les essais de preuve du principe pour la présente invention. La première option était une bobine longue centrée par dessus l'enroulement d'émission. Les deux autres bobines de réception testées étaient bobinées d'une manière directement au-dessus de la bobine d'émission. L'enroulement de réception 34 est montré à la
Figure 6. Les résultats des essais sont basés principalement sur un seul enroulement de réception à une seule bobine longue. Les enroulements de réception testés sont montrés aux Figures 7, 8 et 9.

A la Figure 6, la bobine de réception 34 a en fait des segments de bobine supérieur et inférieur avec des courants se déplaçant en sens opposés. A la figure 7, la bobine ou l'enroulement de réception 38 qui est superposé sur la bobine d'émission 16, ne transporte le courant que dans un seul sens et est du type long. La réalisation de la Figure 6 avec les doubles enroulements ou bobines est du type à bobine différentielle.

La Figure 8 montre une bobine de réception de type "G" 40 tandis que la Figure 9 illustre un enroulement ou une paire d'enroulements de réception de type "D" 42.

La fonction du circuit d'entraînement 12 de la
Figure 1 est de fournir un signal d'entraînement à trois phases/amplitudes (ou à phases/amplitudes multiples) à la bobine d'émission. Le circuit a des composantes pour moduler en amplitude (ou en phase) le signal de courant de Foucault et pour changer la modulation de chaque signal d'entraînement en réponse à un signal de rotation de champ. La version testée de circuit de rotation de champ est montrée dans le schéma de principe de la Figure 10. Les principaux composants sont:
Entrée du signal de rotation 50;
Entrée du signal de courant de Foucault 51;
Trois ajustements de déphasage 52, 53, 54;
Trois puces de fonction mathématique commerciales 55, 56, 57;
Trois puces de fonction de multiplication 58, 59, 60; et
Trois amplificateurs de sortie et excitateurs de courant 61, 62, 63, 64, 65 et 66.

Le fonctionnement du circuit est mieux expliqué en ne décrivant qu'une seule phase. L'entrée de signal de rotation 50 représente l'angle du champ (o). Le générateur de fonction sinusoïdale 55 est une puce de fonction mathématique disponible dans le commerce qui ajoutera l'entrée d'angle e au signal de décalage de phase 52 et produira une sortie égale à la fonction sinus (e + décalage de phase). Ce signal analogique est l'une des entrées multiplicandes de la puce de multiplication 58.

La deuxième multiplicande est le signal de référence d'excitation de courant de Foucault 51 lui-même. La sortie du multiplicateur 58 est le signal de courant de
Foucault multiplié par sinus < e + décalage de phase). Ce signal de courant de Foucault modulé est amplifié par 61 puis envoyé à l'excitateur de sortie 64. Les deux autres phases fonctionnent de la même façon avec des décalages différents et chacune excite l'un des enroulements ou bobines 17, 18 et 19.

Le signal de rotation 50 suit une fonction de rampe de tension, qui représente un changement linéaire en e ou l'angle du champ. Le premier signal de phase sera: signal d'excitation de courant de Foucault * sin < e + 0).

Les deux autres signaux de phase suivront la même forme de modulation soit avancée soit retardée de 1200.

La conception de circuit a été choisie en raison de sa simplicité. Elle pourrait facilement être aussi mise en application en utilisant un segment de mémoire d'ordinateur pour exciter un convertisseur numérique/analogique (N/A). La sortie N/A serait alors utilisée pour exciter les multiplicateurs. Cette conception donnerait plus de souplesse à la modulation, et permettrait l'excitation programmée de l'enroulement d'émission. Le circuit pourrait aussi être conçu pour fonctionner en un mode de modulation de phase.

En continuant avec l'exemple d'émission/réception du champ magnétique rotatif, l'instrument de courants de
Foucault 14 de la Figure 1, utilisé avec l'invention doit être capable de fonctionner en un mode d'émission/réception (ou excitation/exploration). Deux instruments de courants de Foucault distincts disponibles dans le commerce ont été utilisés à différentes étapes des essais de preuve du principe.

Le premier instrument utilisait un signal d'excitation en onde carrée et était un instrument à voie de signalisation sans dispositif de mémorisation de données.

Avec la progression des essais, un deuxième instrument à voies multiples et capabilité de mémorisation de données fut utilisé. Il permettait de mémoriser le signal de rotation de champ ainsi que les données de courant de
Foucault. Le signal de rotation de champ permettait l'analyse des données dans un format de tracé de terrain (réponse de courant de Foucault contre la position axiale contre la position de rotation de champ).

Le champ produit par l'enroulement d'émission va induire un courant de Foucault dans le matériau testé qui s'opposera au champ variable de l'enroulement d'émission.

Le champ net dans le volume entre le matériau et l'enrou- lement d'émission sera la superposition du champ de la bobine d'émission et du champ opposé provenant des courants de Foucault induits.

La bobine de réception placée dans ce volume détecte le champ net et émet ce signal à la connexion de réception (ou d'exploration) de l'instrument de courants de
Foucault. Le signal reçu est démodulé en quadrature avec le signal de courant de Foucault de référence pour récupérer les informations de phase et d'amplitude du courant de Foucault.

Pour une entrée e donnée sur le signal de rotation, une relation d'amplitude fixe va exister entre les trois phases dans l'enroulement d'émission. Ceci produira un champ net dans l'enroulement qui induira une forme de courants de Foucault distincte dans le matériau testé. Le signal reçu va aussi être une fonction distincte de i.

En raison des conditions de symétrie de la sonde (enroulement d'émission, excitation d'émission, et symétrie de la bobine de réception), il devrait exister une variation minimale du signal reçu du fait que e change si l'environnement de la sonde est aussi uniforme.

D'une manière idéale, la symetrie correcte de la sonde produirait un point sur l'affichage du plan d'impédance des courants de Foucault. Les sondes prototypes produisaient un cercle ou une courbe de Lissajous de réponse ovale dans l'air ou dans une section de tube sans défaut.

Si la condition du tube n'est pas uniforme en raison d'un défaut du matériau, il y aura une perturbation de la forme des courants de Foucault induits et du signal d'enroulement reçu. Cette perturbation sera fonction de l'angle de champ &commat; et de la géométrie , de la profondeur et de l'emplacement du défaut par rapport à l'enroulement d'émission.

L'acquisition type de données commencerait avec la sonde dans un bon standard de tube. La réponse de
Lissajous résiduelle serait caractérisée au fur et à mesure de la rotation du champ. Ce signal résiduel serait alors mathématiquement supprimé du signal dans l'ordinateur d'imagerie de la même façon qu'un signal de bobine longue serait "équilibré".

Le champ de la sonde continue de tourner au fur et à mesure que la sonde est passée dans un tube présentant un défaut. Le signal de courant de Foucault résiduel sera déformé par rapport à la condition d'"équilibre" en raison de la déformation des courants de Foucault par le défaut. Cette déformation sera une fonction périodique de e en raison de la rotation du champ. Quand la sonde s'écarte de la zone du défaut, le signal de courbe de
Lissajous résiduel revient sur sa condition d'l'équilibre'' de départ.

Notons que si l'application l'exigeait, il serait possible d'établir une excitation de sonde fixe (sans rotation) et de passer la sonde comme dans une inspection par sonde à bobine longue standard. La sonde produit une sensibilité accrue aux défauts circonférentiels en raison du fait qu'elle a davantage de flux axial de courants de
Foucault qu'une bobine longue standard.

Une fois que les données ont été acquises, elles peuvent être analysées en utilisant un logiciel d'analyse bidimensionnelle qui trace une composante de la réponse de Lissajous aux courants de Foucault sur un affichage de terrain par rapport à la position axiale et circonférentielle. Ceci est l'analyse type utilisée avec les données
RPC.

Un exemple du format d'affichage est montré à la
Figure 11. Le tracé montre les données d'un trou en fond plat à partir d'une épaisseur de paroi de tube de 100%.

Le signal de synchronisation (ou codage circonférentiel) utilisé pour aligner les données sur la carte de terrain est tiré du signal de rotation de champ e. Le signal de Lissajous résiduel du tube nominal est mathématiquement soustrait des données. Ceci laisse voir les perturbations défectueuses comme des déviations évidentes de la condition d'"équilibre" qui est représentée par un tracé de terrain plat.

La surface de terrain affichée est seulement la composante verticale d'un signal de Lissajous conventionnel. Si l'analyste le choisit, il peut visualiser la composante horizontale. La courbe de Lissajous montrée en haut à droite de la plaque de données est une trace connectée des paires de données horizontales et verticales le long d'une trace circonférentielle ou axiale des données. Il est intéressant de noter que la courbe de
Lissajous affichée est la même que celle qui serait typiquement produite par une technique d'inspection de courants de Foucault par bobine longue conventionnelle.

Ce signal pourrait être utilisé pour les informations de détermination de l'angle de phase du défaut.

La sonde prototype de l'invention et le circuit ont été testés sur une série de défauts fabriqués dans un tube Inconet 600 d'un diamètre extérieur de 0,625. En résumé, les résultats ont été:
La sonde a montré une détection nette de trous en fond plat du diamètre extérieur de 0,080 pouce de diamètre d'une épaisseur de paroi de tube de 100% à une épaisseur de paroi de tube de 20%;
La sonde a montré une détection nette d'encoches d'étincelage axiales de 0,75 pouce de long d'une épaisseur de paroi de tube de 100% à une épaisseur de paroi de tube de 20%;
La sonde a montré une détection nette d'encoches d'étincelage circonférentielles d'une étendue de 1800 d'une épaisseur de paroi de tube de 100% à une épaisseur de paroi de tube de 20%;;
La sonde a montré une détection satisfaisante d'encoches d'étincelage axiales et circonférentielles du diamètre extérieur de 0,2 pouce de long jusqu'à une épaisseur de paroi de tube de 40%;
La sonde a produit des réponses de Lissajous aux courants de Foucault types qui pouvaient être utilisées pour l'analyse de phase;
La réponse maximale sur le tracé de terrain est fonction de la rotation du défaut par rapport à la sonde; et
Certaines données ont été prises à 12 tours/seconde soit plus rapidement qu'avec un système à bobine plate rotative type.

Les problèmes résolus par l'invention sont: a. La sonde à champ magnétique rotatif devrait apporter
une amélioration de sensibilité par rapport aux
techniques à bobine longue en ce qui concerne les
défauts circonférentiels. De tels défauts deviennent
de plus en plus inquiétants dans certains échangeurs
de chaleur.

b. La conception simple devrait résulter en une sonde
de coût réduit et de fiabilité accrue en comparaison
avec la sonde plate rotative. La sonde n'a pas de
moteur ni de bague collectrice.

c. L'absence de pièces rotatives devrait permettre des
vitesses de rotation bien supérieures et en consé
quence des vitesses d'entraînement plus rapides.

Théoriquement, le champ de la sonde pourrait tourner
à des vitesses beaucoup plus grandes que celles
possibles avec un système à sonde tournée mécanique
ment.

d. I1 est possible qu'une telle conception pourrait
être appliquée dans les cas où les conceptions à
rotation mécanique ne pourraient pas être utilisées.

Ceci inclurait l'inspection de tôles plates ou de
tubes ovales et de tubes qui sont trop petits pour
une conception de bobine tournée mécaniquement.

e. La conception pourrait être incorporée dans une
sonde de bobine longue standard. Ceci permettrait
d'utiliser la même sonde pour une inspection par
bobine longue et pour une inspection à champ magné
tique rotatif selon les besoins.

f. Des bobines de polarisation peuvent être utilisées
à chaque extrémité des bobines d'émission pour
permettre électroniquement la visualisation des
repères de soutien de tubes ou de paroi de tubes.

L'importance commerciale de l'invention est qu'elle pourrait baisser le coût des sondes, augmenter les vitesses d'inspection et réduire l'irradiation ainsi que le temps requis pour passer des inspections par bobine longue et RPC.

Les avantages de l'invention comprennent: a. La sonde n'a pas de pièces rotatives.

b. La sonde est plus simple et moins chère qu'une sonde
à bobine plate rotative.

c. La sonde fournit une sensibilité accrue aux fissures
circonférentielles par rapport aux systèmes à sonde
longue.

d. La conception de la sonde permet des vitesses de
rotation bien plus élevées. Ceci réduirait les coûts
d'inspection.

e. La sonde peut être appliquée pour des applications
et zones de taille réduite où la rotation mécanique
n'est pas praticable actuellement.

f. L'optimisation électronique peut être exécutée selon
les besoins pour une application particulière.

L'invention présente de nombreux modes de réalisation. Toutes les variantes listées ci-après sont dérivées directement de l'invention de base de la sonde à champ magnétique rotatif.

Il existe trois modes de fonctionnement possible du concept de sonde à champ magnétique rotatif. Avec le mode d'impédance réfléchie chaque phase de l'enroulement multiphasé induit un courant de Foucault et détecte toute impédance réfléchie par l'interaction du matériau testé.

Au fur et à mesure du changement de l'excitation des phases multiples change, l'impédance réfléchie nette provenant du réseau change en fonction de la condition du matériau testé. Le mode d'émission réception (ou excitation exploration) est un mode dans lequel le champ de la bobine multiphasé induit un courant de Foucault dans le matériau testé. Au fur et à mesure que l'excita- tion du champ d'émission change, l'orientation du champ change. La forme des courants de Foucault induits dans le matériau testé se transforme également. Un enroulement de réception séparé détecte le champ résultant net produit par la superposition du champ de la bobine d'émission et du champ de courants de Foucault induits. Le troisième mode de fonctionnement possible est appelé mode de concentration magnétique.Dans ce mode, l'enroulement multiphasé est utilisé pour produire un champ magnétique séparé de celui induisant le courant de Foucault. Ce champ séparé modulerait (concentrerait ou disperserait) la forme de courant de Foucault dans le matériau testé.

Le champ de courants de Foucault modifié serait surveillé par la bobine d'induction dans un mode d'impédance réfléchie.

Suivant la géométrie de l'application et les types de défauts recherchés, diverses exigences pourraient exister pour la conception de la bobine d'émission. Le concept de base de cette invention est l'application d'un enroulement multiphasé pour induire un champ pour l'inspection des courants de Foucault. Bien que les essais initiaux aient été faits avec une bobine triphasée d'une forme sélectionnée, il existe d'autres options qui sont des extensions directes de ce concept.

L'utilisation d'un plus grand nombre de phases ou d'un nombre différent de pôles dans l'enroulement d'émission est une extension logique de ce concept et pourrait être utilisée dans certaines applications. L'utilisation de différentes formes d'enroulement dans l'enroulement d'émission pourrait être nécessaire pour générer la forme désirée de courants de Foucault. Deux options pour ce type de modification de forme sont montrées aux Figures 12 et 13.

Contrairement à la disposition d'enroulement d'émission des Figures 3 et 5, la disposition d'enroulement de la figure 12 utilise des enroulements pour chaque phase, par exemple un enroulement 70 ayant des segments circonférentiels 72 et 73 qui sont espacés axialement l'un de l'autre autour du porte-bobine, et sont interconnectés par des segments axiaux 74 et 75 qui convergent de sorte que les segments circonférentiels 72 et 73 se chevauchent l'un l'autre dans le sens axial. Ceci constitue un contraste avec la forme d'enroulement de la Figure 3 où les segments axiaux de l'enroulement 17 par exemple ne se chevauchent pas depuis une extrémité axiale de l'enroule- ment à l'autre et dans laquelle les segments axiaux de l'enroulement divergent.La Figure 4 montre un cas extrême où la forme est presque triangulaire. La Figure 13 montre une forme plus fortement convergée des segments axiaux et un plus grand chevauchement pour entre les segments circonférentiels opposés. Le décalage axial aux
Figures 12 et 13 est artificiel et fourni uniquement pour distinguer un enroulement de l'autre. Dans la bobine réelle les segments circonférentiels de tous les enroulements se chevauchent.

Certaines applications peuvent exiger un nombre plus important ou moins important de pôles dans l'enroulement.

Les principes de superposition de champs pourraient être appliqués pour concevoir des bobines pour une application spécifique. Deux enroulements d'émission (multiphasés) identiques séparés ou plus pourraient être utilisés ensemble avec des vitesses de rotation de champ différentes pour une résolution accrue.

Deux enroulements d'émission multiphasés séparés ou plus aux formes différentes pourraient être utilisés pour superposer les champs et obtenir une meilleure détection ou résolution. Ceci appliquerait les principes d'une série de Fourrier discrète à la superposition de champs multiples pour la forme de champ de sonde désirée. Les bobines longues de polarisation sont des exemples d'utilisation des informations pour montrer un repère ou arrêter les bobines pour analyser les données des défauts.

Comme la bobine de réception est plus sensible au champ de courant de Foucault le plus près de cette bobine, ce fait pourrait être utilisé pour concevoir des bobines pour une application particulière.

Plusieurs principes sont appliqués dans cette conception. La bobine de réception devrait être symétrique à l'enroulement d'émission pour minimiser la réponse de signal résiduel. La bobine de réception devrait couvrir la zone d'intérêt. I1 ne devrait pas y avoir de segments de l'enroulement de réception en contradiction avec d'autres segments répondant au même défaut pour une détection générale. Cette technique pourrait toutefois être utilisée pour éliminer des réponses parasites telles que des extrémités de manchons ou des transitions de laminage pendant l'identification de défauts non symétriques.

Seul un nombre limité d'enroulements de réception ont été testés. La majorité des résultats des essais sont basés sur une seule bobine longue en raison de sa simplicité. D'autres enroulements testés ont certains avantages et inconvénients en matière de détection.

D'autres formes d'enroulement de réception conçues en se basabt sur les principes ci-dessus sont montrées aux Figures 14, 15, 16 et 17. I1 ne s'agit que d'un sousensemble de formes qui pourraient être développées à partir du concept de base de l'invention.

La Figure 14 montre une forme triangulaire des enroulements de réception qui ont chacun une paire de portions circonférentielles axialement espacées 82 et 83 qui sont connectées par des segments axialement angulaires 84 qui forment une forme triangulaire. Les segments triangulaires espacés de la forme sont fournis dans la réalisation de la Figure 15 avec seulement quelques segments axiaux chevauchant des segments axiaux des enroulements de la bobine d'émission. La forme de parallélogramme de l'enroulement de la bobine de réception de la Figure 16 a des segments axiaux qui ne se chevauchent pas comme dans le cas de la Figure 17.

Le circuit d'excitation d'origine testé était basé sur un circuit de modulation d'amplitude triphasé utilisant des puces à fonction mathématique pour définir les signaux de modulation relative. Le circuit prototype produisait trois signaux d'excitation qui étaient dans la même phase mais avaient des amplitudes différentes (d'une référence de 1 fois à une référence de - 1 fois). Ceci produisait un champ qui tournait à une vitesse déterminée par la modulation d'amplitude variable.

Un deuxième mode de fonctionnement serait d'utiliser la modulation de phase au lieu de la modulation d'amplitude. Ainsi les trois phases (ou plus) seraient de la même amplitude mais seraient déphasées par rapport au signal d'excitation de courant de Foucault de référence.

Dans ce cas, le champ tournerait à la fréquence du signal d'entraînement comme dans un moteur à courant alternatif synchrone. L'analyse de signal serait différente de l'analyse standard de courant de Foucault.

Le circuit d'origine utilisait des puces de fonction simple pour développer le signal de modulation. Le circuit pourrait être mis en application en utilisant une conception numérique de sorte que l'enveloppe de modulation soit programmée dans une mémoire puis utilisée pour entraîner un convertisseur numérique-analogique pour l'entrée aux puces de multiplication. Ceci éliminerait certaines non-linéarités du circuit prototype et permettrait la mise en application ultérieure d'une modulation programmée ou intelligentes du signal d'excitation. La possibilité de modifier facilement le champ d'émission (en ajoutant des informations au champ) pourrait être utilisée pour des perfectionnements futurs de détection, de sensibilité et de résolution.

La sonde prototype était d'une conception très simple. L'utilisation d'un noyau de ferrite à l'intérieur de l'enroulement d'émission devrait rehausser le champ de l'enroulement d'émission dans le tube.

Le fait que la sonde n'ait pas de parties mobiles implique que la conception pourrait être adaptée à de nombreuses applications de tailles ou de géométries différentes. La sonde pourrait être conçue pour être utilisée dans des tubes ovales, dans des tubes où la rotation n'est pas possible et pourrait être réalisée en un réseau linéaire si nécessaire.

La sonde pourrait être utilisée dans plusieurs modes de fonctionnement. Outre le mode à champ magnétique rotatif, la sonde pourrait être utilisée comme bobine longue standard avec l'excitation correcte de bobine d'émission. Elle devrait avoir une meilleure sensibilité aux fissures circonférentielles en raison de la composante verticale de courant. La sonde pourrait être placée avec le champ dans une orientation connue pour un entraînement de rotation fixe.

Ainsi la sonde pourrait être utilisée au lieu d'une bobine longue standard pour le contrôle intégral puis utilisée en mode rotatif selon les besoins pour des informations supplémentaires.

Les réalisations spécifiques de l'invention ont été montrées et décrites dans le détail pour illustrer l'application des principes de l'invention mais on comprendra que l'invention peut être réalisée autrement sans s'écarter de ces principes.

Claims (15)

REVENDICATIONS:

1. Un dispositif d'inspection de courants de

Foucault à champ magnétique rotatif comprenant:

une bobine d'émission comprenant une pluralité d'enroulements d'émission;

une armature de bobine pour soutenir lesdits enroulements d'émission en une disposition circonférentielle ayant une dimension axiale, chaque enroulement d'émission s'étendant autour de la disposition circonférentielle et ayant une pluralité de segments axiaux s'étendant le long d'une partie au moins de la dimension axiale;

une bobine de réception ayant au moins un enroulement de réception s'étendant autour de la disposition circonférentielle;;

des moyens de circuit connectés à chacun des enroulements d'émission pour appliquer un signal alternatif électrique à chaque enroulement d'émission qui est déphasé par rapport à l'un et à l'autre enroulement d'émission pour produire un champ magnétique rotatif et alternatif autour de la disposition circonférentielle, le champ étant applicable au matériau conducteur à tester autour de la disposition circonférentielle pour produire les courants de Foucault dans le matériau; et

des moyens de mesure des courants de Foucault connectés à au moins l'un desdits enroulements de réception, l'enroulement de réception recevant un champ magnétique alternatif rotatif provenant des courants de

Foucault du matériau pour produire des courants de

Foucault dans la bobine de réception.

2. Un dispositif selon la Revendication 1, dans lequel chaque enroulement d'émission inclut une pluralité de segments circonférentiels connectés entre lesdits segments axiaux de l'enroulement d'émission.

3. Un dispositif selon la Revendication 2, dans lequel les segments connectés à chaque segment circonférentiel divergent de sorte qu'aucun chevauchement axial n'existe entre les segments circonférentiels à une extrémité axiale de la dimension axiale et les segments axiaux à l'autre extrémité axiale de la dimension axiale.

4. Un dispositif selon la Revendication 2, dans lequel les segments axiaux connectés à chaque segment circonférentiel convergent de sorte que les segments circonférentiels à une extrémité axiale de la dimension axiale chevauchent au moins partiellement les segments axiaux à une extrémité axiale opposée de la dimension axiale.

5. Un dispositif selon la Revendication 1, dans lequel les segments axiaux de chaque enroulement d'émission forment un polygone.

6. Un dispositif selon la Revendication 5, dans lequel le polygone est un triangle.

7. Un dispositif selon la Revendication 5, dans lequel le polygone est un quadrilatère et inclut des segments circonférentiels interconnectés par les segments axiaux.

8. Un dispositif selon la Revendication 1, dans lequel les segments d'un enroulement d'émission sont circonférentiellement décalés des segments axiaux de l'un et l'autre enroulements d'émission.

9. Un dispositif selon la Revendication 1, dans lequel ledit enroulement de réception s'étend circonférentiellement autour de la bobine d'émission.

10. Un dispositif selon la Revendication 1, dans lequel l'enroulement de réception inclut une pluralité de segments axiaux espacés circonférentiellement les uns des autres et des segments circonférentiels s'interconnectant connectés entre les segments axiaux pour former des polygones répartis autour de la disposition circonférentielle.

11. Un dispositif selon la Revendication 10, dans lequel les polygones de l'enroulement de réception sont des triangles.

12. Un dispositif selon la Revendication 10, dans lequel les polygones de la bobine de réception sont des parallélogrammes.

13. Une méthode d'inspection d'un matériau conducteur comprenant:

la répartition d'une pluralité d'enroulements d'émission en une disposition circonférentielle adjacente au matériau conducteur, chaque enroulement d'émission ayant une pluralité de segments axiaux répartis autour de la disposition circonférentielle et ayant une dimension axiale;

l'application d'un signal électrique alternatif rotatif aux enroulements d'émission pour produire des courants de Foucault rotatifs dans le matériau;

la fourniture d'au moins un enroulement de réception autour des enroulements d'émission pour recevoir le courant de Foucault; et

la mesure du courant de Foucault dans l'enroule- ment de réception.

14. Un dispositif selon la Revendication 13, comprenant un déphasage de phase du courant alternatif depuis un enroulement d'émission au prochain pour faire tourner le signal.

15. Une méthode selon la Revendication 13, comprenant la modulation d'amplitude du signal de courant alternatif rotatif appliqué aux enroulements d'émission.