FR2917166A1 - Procede et dispositif de detection d'eau dans une structure alveolaire. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne la détection de liquide (11) dans une cavité (12) d'une structure (1), e.g. une alvéole de structure sandwich à âme en nid d'abeille et revêtement en composite à fibre de carbone.La structure est soumise à une vibration mécanique, à une fréquence fm du domaine acoustique, au moyen d'une onde d'excitation (14, 42), la zone explorée est soumise à une onde électromagnétique (17) incidente et l'onde électromagnétique (18) réfléchie est analysée pour en déduire la présence ou l'absence de liquide dans des cavités.L' onde induite (16) de Faraday à la surface du liquide (11) dans la cavité (12) comporte des fréquences sous-harmonique de fm qui module l'onde électromagnétique réfléchie (18) et permet d'identifier la présence de liquide.Un dispositif de détection comporte des moyens (10, 13, 40, 41) de génération de l'onde d'excitation en vibration (14, 42), des moyens (21, 22) de génération de l'onde électromagnétique incidente (17) des moyens (15, 19) de mesure de l'onde électromagnétique réfléchie (18), des moyens (20) de traitement.

Description

Procédé et dispositif de détection d'eau dans une structure alvéolaire

La présente invention appartient au domaine du contrôle non destructif des structures. En particulier l'invention concerne la détection et la localisation de liquides dans des cavités internes de structures.

Dans le domaine des structures en constructions mécaniques, la recherche de masses aussi réduites que possible tout en assurant la solidité et la rigidité des structures conduit souvent à réaliser des pièces de structure, plus ou moins fortement chargées, comportant des cavités. De telles pièces de structures prennent des formes et des compositions 10 très variées dont une forme parmi les plus connues correspond aux structures dites sandwich à âme alvéolaire en nid d'abeille. Une structure 1 sandwich à âme alvéolaire, telle que présentée en section sur la figure 1, comporte généralement une âme 2 formée de cellules creuses 12, a priori contenant de l'air, comportant sur chacune de ses faces, une 15 face inférieure et une face supérieure, un revêtement, respectivement 4, 3, plein et résistant. Ce type de structure en raison de son rapport rigidité-résistance/poids très favorable est particulièrement utilisé dans les constructions aéronautiques. Dans une forme particulière de réalisation, également répandue, les 20 revêtements 3, 4 de la structure sandwich sont réalisés en matériaux composites comportant des fibres, fibre de verre, d'aramide, de carbone..., maintenues dans une résine durcie et les cellules creuses 12 de l'âme alvéolaire 2 sont formées au moyen de parois réalisées dans un matériau en feuille conformé pour délimiter les cellules sous la forme d'un réseau le plus souvent régulier. Lorsque ce réseau 25 est constitué de cellules de sections hexagonales l'expression en nid d'abeille est généralement utilisée. Dans la plupart des cas les matériaux utilisés pour les revêtements et pour les parois des cellules sont relativement étanches pour les fluides courant ce qui conduit à une situation ou chaque cellule constitue une cavité sensiblement fermée et étanche. Un inconvénient de ce type de structures tient au fait que les cellules creuses sont susceptibles de se remplir plus ou moins d'eau, sans que cette eau ne puisse s'évacuer naturellement, ce qui a pour effet d'une part d'alourdir inutilement la structure, dont la faible masse est recherchée, et d'autre part de diminuer par des actions physico-chimiques diverses la résistance de la structure en altérant les propriétés mécaniques propres des matériaux entrant dans la réalisation de la structure ou en altérant la qualité des liaisons entre les différents éléments assemblés, en particulier entre le matériau alvéolaire et les revêtements. La présence d'eau ou de liquide en général dans des cellules creuses, généralement considéré comme un défaut majeur de la structure, est le plus souvent non prévisible et, quelles que soient les causes d'une présence de liquide, processus de formation d'eau lors de la fabrication de la structure ou pénétration ultérieure de liquide dans des cellules, il est essentiel de détecter la présence du liquide dans des cellules, de la localiser et de la quantifier afin de réaliser les actions nécessaires à l'élimination de la plus grande quantité possible de ce liquide.

La détection de liquides dans de telles structures à cavités est un problème ancien. Néanmoins les approches classiques souffrent de défauts importants. Outre les inspections visuelles, limitées aux cas dans lesquels les matériaux utilisés présentent une transparence suffisante pour que le liquide dans une cellule soit observable par des moyens optiques, les méthodes les plus anciennes et bien connues de l'homme de l'art sont basées sur le principe de la détection acoustique. Les méthodes de type échographie basées sur ce principe sont particulièrement bien adaptées aux milieux denses et continus. Dans le cas de structures alvéolées, peu denses et lacunaires, la transmission de l'onde acoustique est difficile et ne permet pas de discriminer avec la précision nécessaire la présence de liquide. Une méthode purement acoustique dérivée, adaptée pour la détection du niveau d'un liquide dans un espace fermé, un flacon dans ce cas, est présentée dans le brevet publié sous le numéro EP0938653. Suivant ce brevet des vibrations sont induites dans le flacon au moyen d'un champ magnétique et un signal acoustique en réponse aux vibrations est reçu par un microphone. Des caractéristiques de ce signal acoustique reçu il peut être déduit la présence du liquide et son niveau dans le flacon. Néanmoins dans le cas de matériaux fortement lacunaires comme ceux considérés ici, cette approche ne permet pas de détecter efficacement la présence d'eau dans les cavités du fait de la faiblesse de l'écho sonore. D'autres méthodes orientées particulièrement vers la détection de la présence d'eau dans les structures sandwich à âme alvéolaire utilisant d'autres principes physiques ont également été imaginées.

Suivant une de ces autres méthodes, l'eau ayant des caractéristiques thermodynamiques très différente des matériaux dans lesquels la présence d'eau est recherchée, il a été proposé de réaliser une image par thermographie d'une pièce soumise à des variations de températures. Dans ce cas les zones correspondant à une présence d'eau évoluent en température moins rapidement que les zones sans eau en raison des différences d'inertie thermique entre l'eau et les matériaux de la pièce, une image en thermographie étant en mesure de détecter les écarts des températures de surface et donc de zones contenant de l'eau. De telles méthodes, dont un exemple est présenté dans le brevet publié sous le numéro JP62024134, ont cependant le défaut d'une part de nécessiter le plus souvent que la pièce soit démontée pour être soumise aux investigations et d'autre part de nécessiter des moyens importants pour refroidir et ou réchauffer la pièce dans des conditions adaptées aux mesures à effectuer. Suivant une autre méthode, la présence d'eau dans les cellules est 30 détectée au moyen de micro-ondes électromagnétiques dont la propagation est modifiée en présence d'eau. Cependant l'utilisation de micro-ondes électromagnétiques est contraignante en termes de précautions à prendre pour la protection des personnels lorsque le niveau d'énergie utilisé est significatif. En outre des difficultés apparaissent dans le cas des structures sandwich utilisant des revêtements en matériau à base de fibres de carbone ou comportant une surface métallisée, par exemple au moyen d'un grillage de bronze, ce qui est le cas pour de nombreuses pièces. Dans le cas de structure à fibres de carbone, le carbone des revêtements induit de fortes pertes et le rapport signal sur bruit est extrêmement défavorable à la détection.

Lorsque qu'un grillage en bronze de métallisation recouvre une surface, cas fréquent pour les matériaux aéronautiques modernes, le revêtement est électriquement conducteur et empêche toute mesure de type diélectrique. Pour résoudre ce problème, la solution décrite dans le brevet publié sous le numéro FR2880424 décrit un système de détection utilisant des micro-ondes électromagnétiques comportant des antennes placées dans le matériau alvéolaire d'un panneau sandwich entre les deux revêtements. Cette solution qui est applicable dans le cas de revêtements à base de fibres de carbone nécessite cependant de modifier les pièces pour installer les antennes ce qui conduit à des pièces plus complexes, plus fragiles et plus lourdes, et ce qui rend la solution difficilement utilisable sur les nombreuses pièces existantes ou sur des pièces qui n'auraient pas été pourvues de ces antennes lors de leur fabrication pour des raisons de coûts ou pour d'autres raisons. De manière générale la présence d'un grillage de bronze empêche toute approche de type mesure du niveau de fluide dans les cavités par un dispositif radar (dans le domaine des fréquences radio, micro-ondes, et millimétrique) car le grillage de bronze réfléchit une grande partie de l'onde radio dans ces domaines de fréquence. Afin de pallier, à cet inconvénient, il convient usuellement de diminuer la fréquence de travail, ce qui a pour effet de dégrader de manière dramatique la précision des mesures et interdit de mener à bien une mesure du niveau de liquide avec une précision suffisante.

La présente invention a précisément pour objectif palier aux difficultés rencontrées par les techniques antérieures de détection d'un liquide dans des cavités d'une structure en couplant une excitation en vibration de la structure dans le domaine acoustique avec une détection électromagnétique de la réponse vibratoire de la structure. Ainsi suivant le procédé de détection de présence d'un liquide dans une cavité d'une structure dans lequel la structure est soumise à une vibration mécanique au moyen d'une onde d'excitation et est soumise à une onde électromagnétique incidente dans une zone de ladite structure dans laquelle la présence du liquide dans une cavité est recherchée. Enfin une onde électromagnétique réfléchie, réflexion de l'onde incidente sur des éléments de la structure, est analysée pour en déduire la présence ou l'absence de liquide dans des cavités, l'onde réfléchie ayant des caractéristiques modifiées suivant que du liquide est présent ou non dans des cavités.

Afin de créer une onde de Faraday à la surface d'un liquide qui serait présent dans une cavité de la structure, parfaitement distincte des fréquences auxquelles répond la structure en absence de liquide, une composante de l'onde d'excitation est générée par une excitation vibratoire sensiblement sinusoïdale de fréquence fm, de préférence du domaine acoustique, apte à déclencher une oscillation induite de la surface du liquide dans une cavité à une fréquence sous-harmonique de la fréquence d'excitation fm. Pour améliorer la sensibilité du procédé, une composante de l'onde d'excitation est également générée par une excitation vibratoire de fréquence fm2 décalée par rapport à la fréquence fm, ce qui permet de créer à la surface du liquide un motif d'onde stationnaire et augmente la réponse vibratoire du liquide par rapport à la réponse de la structure. Afin d'améliorer le rapport signal sur bruit, avantageusement la fréquence d'une des composantes de l'onde d'excitation est modulée et plus particulièrement est modulée par un bruit blanc ou pseudo-blanc.

En raison des fréquences très différentes des réponses vibratoires du liquide présent dans des cavités et de la structure, le procédé permet avec un rapport signal sur bruit élevé de déduire la présence de liquide à partir de la détection de raies spectrales prédéfinies dans le spectre de l'onde réfléchie. En particulier la présence de liquide est déduite de la détection d'au moins une raie spectrale prédéfinie dans le spectre de l'onde réfléchie correspondant à une sous-harmonique de fréquence fm/2 et ou fm2/2 d'une fréquence d'excitation fm et ou fm2 respectivement. Suivant l'invention un dispositif adapté à la mise en oeuvre du procédé de détection de la présence de liquide dans une cavité d'une structure comporte : - des premiers moyens de génération dans la structure d'au moins une onde d'excitation mécanique en vibration ; - des deuxièmes moyens de génération d'une onde électromagnétique incidente dans une zone de la structure dans laquelle la présence d'un liquide est recherchée ; -des troisièmes moyens de mesure d'une onde électromagnétique réfléchie par la structure recevant l'onde incidente ; des quatrièmes moyens de traitement et ou d'affichage aptes à mettre en évidence la présence dans un spectre de l'onde réfléchie d'au moins une raie spectrale caractéristique d'une onde induite sur une surface d'un liquide contenu dans une cavité de la structure par l'onde d'excitation mécanique. Pour réaliser un dispositif compact, au moins pour une partie sonde, la sonde comporte un tore utilisant une technologie piézoélectrique apte à vibrer mécaniquement pour créer l'onde d'excitation mécanique à une fréquence fm ou à une fréquence fm et à une fréquence fm2 décalée par rapport à la fréquence fm. Avantageusement la partie creuse du tore est exploitée pour agencer : - une antenne pour l'émission et la réception des ondes électromagnétiques et ou ; tout ou partie d'une électronique d'alimentation du composant piézoélectrique et ou ; tout ou partie d'une électronique d'alimentation de l'antenne d'émission de l'onde électromagnétique incidente et ou ; tout ou partie d'une électronique de détection de l'onde électromagnétique réfléchie et ou ; tout ou partie d'une électronique de traitement du signal. La description détaillée d'un mode de mise en oeuvre et de réalisation de 10 l'invention est faite en référence aux figures qui représentent : Figure la : un schéma de principe du procédé de l'invention et d'un dispositif suivant l'invention ; Figure lb : un schéma de principe illustrant un perfectionnement du procédé et du dispositif de la figure la ; 15 Figure 2a : une illustration d'un exemple de spectre d'onde réfléchie observé dans une structure en absence de liquide avec un montage du type de la figure la, les fréquences correspondant à l'échelle des abcisses et la puissance correspondant à l'échelle des ordonnées ; 20 Figure 2b : une illustration dans les même conditions que pour la figure 2a d'un exemple de spectre d'onde réfléchie observé dans une structure en présence de liquide dans une cavité, les fréquences correspondant à l'échelle des abcisses et la puissance correspondant à l'échelle des ordonnées ; 25 Figure 3 : une illustration du spectre de l'onde réfléchie dans le cas d'un montage bifréquence correspondant au schéma de la figure lb; Figure 4 : une illustration du spectre de l'onde réfléchie dans le cas d'un montage bifréquence correspondant au schéma de la figure 30 lb dans lequel une des fréquences est modulée; Figure 5 : une illustration schématique d'une sonde regroupant des fonctions acoustiques et radar pour un dispositif suivant l'invention.

La présente invention, dont le principe est illustré sur la figure la, s'applique à la détection de la présence d'un liquide 11, par exemple de l'eau, dans une structure 1 comportant au moins une cavité 12. Pour les besoins de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention et de celle d'un mode de réalisation d'un dispositif suivant l'invention, ladite structure comportant au moins une cavité est représentée par une structure 1 d'un panneau, sensiblement plan à l'échelle d'une zone considérée, comportant une âme alvéolaire 2 et des revêtements, un revêtement supérieur 3 et un revêtement inférieur 4, sur les faces de l'âme alvéolaire 2.

Chaque alvéole 12 de l'âme, fermée à ses extrémités par les revêtements supérieur et inférieur, constitue une cavité. Le panneau 1 comporte en pratique une multitude de cavité 12 ce qui rend le problème de la détection d'un liquide dans certaines cavités plus complexe en pratique puisqu'il est alors nécessaire de localiser la (les) cavité(s) dans laquelle (lesquelles) le liquide est présent. Un panneau ayant une telle structure dans lequel les alvéoles ont des sections régulières hexagonales est généralement dit panneau sandwich à âme en nid d'abeille. Le choix d'une telle structure, d'utilisation fréquente, pour décrire 25 l'invention n'est cependant pas limitatif. De manière connue, les revêtements 3, 4, du panneau considéré sont réalisés dans un matériau composite formé de fibres maintenues dans une résine durcie, par exemple des fibres de verre ou des fibres de carbone maintenues par une résine aramide polymérisée, et les parois formant les alvéoles du nid d'abeille 30 sont réalisées dans un matériau composite, a priori moins coûteux que les matériaux à base de fibres de carbone, par exemple à base de fibres de verre ou à base de feuilles minces d'un matériau organique. Suivant le procédé de l'invention la structure 1 à inspecter, comportant 5 de multiples cavités 12 dont certaines sont susceptibles de contenir un liquide 11, est excité mécaniquement en vibration. L'excitation mécanique est réalisée de préférence au moyen d'une excitation sinusoïdale de fréquence fm appartenant au domaine des fréquences acoustiques. 10 L'excitation mécanique de la structure 1 à inspecter est réalisée de telle sorte qu'une onde acoustique 14, dite onde d'excitation, se propage dans la structure 1. Lorsque l'onde d'excitation 14 atteint une cellule 12 contenant un liquide 11, par exemple de l'eau sous forme liquide, ladite onde crée au niveau de la 15 surface libre de l'eau par un effet non linéaire une nouvelle onde 16, dite onde induite, également connues sous le nom d'onde de Faraday. L'onde induite 16 est majoritairement une sous harmonique '/2 de l'onde d'excitation, c'est à dire que ladite onde induite est une onde de fréquence fm/2 que seuls des phénomènes fluides peuvent générer. 20 En outre la structure 1, dans une zone dans laquelle la présence de liquide est recherchée, est soumise à une onde électromagnétique 17. L'onde électromagnétique 17 est de préférence une onde radar entretenue du type des ondes générées au moyen d'un radar CW (continous waves). 25 L'onde électromagnétique 17, dite onde incidente, est choisie avec une fréquence adaptée aux matériaux entrant dans la composition de la structure alvéolaire et en particulier en fonction du matériau du revêtement se situant entre la source de l'onde électromagnétique et le liquide éventuel devant être détecté, de telle sorte que ledit revêtement n'introduise qu'une atténuation raisonnable, par exemple <120 dB. L'onde incidente 17 est réfléchie par les différents éléments présent sur sa trajectoire et notamment par la surface libre du liquide éventuellement présent dans une cellule pour former une onde réfléchie 18, modulée par les vibrations mécaniques des dits différents éléments. Dans le cas où un liquide 11 est présent dans une cellule l'onde réfléchie 18 par la surface dudit liquide, soumis à la fréquence de l'excitation mécanique fm, est modulée non seulement par les vibrations de la structure liées à l'onde d'excitation 14 à la fréquence fm, c'est à dire des vibrations de fréquences fm et d'harmoniques multiples de fm, mais également par celles liées à l'onde induite 16 à ladite surface dudit liquide des fréquences sous harmoniques et en particulier à la fréquence fm/2. Un traitement d'une mesure de l'onde réfléchie 18 permet d'extraire un signal utile pour identifier une présence ou non de liquide dans la ou les cellules 15 soumises à l'onde incidente 17. Ce traitement comporte une analyse du spectre de bande de base de l'onde électromagnétique réfléchie 18 pour détecter une éventuelle sous-harmonique de la fréquence d'excitation. Un avantage du procédé tient au fait que d'une part l'onde 20 électromagnétique, contrairement aux ondes acoustiques, est insensible à la présence de lacunes acoustiques caractéristiques des matériaux alvéolaires, et que d'autre part les conséquences de l'excitation d'origine à la fréquence fm, ainsi que des harmoniques d'ordre supérieur (2, 3, 4...) dues aux non linéarités à l'intérieur des solides constituant la structure, peuvent être filtrées efficacement 25 car nettement séparées dans le spectre des fréquences recherchées de l'onde induite. Les conséquences directes sont une puissance suffisante du signal utile pour que celui-ci soit mesurable sans difficulté particulière et un rapport signal sur bruit très favorable. 30 Les équations suivantes illustrent comment l'onde réfléchie 18 est 10 influencée par la présence d'un liquide dans une cellule. Si l'onde incidente 17 est caractérisée par un signal électromagnétique émis e(t), par exemple un signal sinusoïdal de fréquence fe et d'amplitude Ee , le signal s'exprime : e(t) = Ee * exp(j*2*?r*fe*t) avec j l'unité imaginaire et en utilisant les notations dites exponentielles, tétant la variable temps. L'opérateur * correspond à la multiplication. L'onde réfléchie 18 est caractérisée par un signal s(t). Le signal so(t) réfléchit par un objet immobile correspond au signal e(t) 10 émis déphasé en fonction de la distance électrique à l'objet T; soit: s0(t) = Ee * exp[j * (2*7r*fe*t + T)] = Ee * exp(f*2*7r*fe*t) * exp(j*T) Lorsque le signal s(t) est réfléchit par un objet en vibration mécanique à une fréquence fm, le signal reçu est de la forme : s(t) = Ee * exp[j * (2*?r*fe*t + a*sin(2*1r*fm*t)] * exp(j*T) 15 expression dans laquelle a est un coefficient proportionnel à l'amplitude mécanique avec laquelle vibre l'objet . Cette expression du signal réfléchit s'exprime également au moyen de fonctions de Bessel Jk d'ordre k: s(t) = Ee * exp(j*T) * exp(j*2*7r*fe*t) * [Jk(a) * exp(2*7r*k*fm*t)] k=-~ 20 Cette expression correspond à un spectre de raies symétrique et centré sur la fréquence fe. Chaque raie est espacée d'une raie voisine par une fréquence fm. Dans le cas particulier du panneau 1 correspondant à l'application suivant le procédé, le signal sera a priori réfléchi plusieurs fois, en particulier au niveau des cavités. En absence de liquide dans les cellules, le signal est donc de la forme, en notant par un indice i les paramètres associés aux différentes réflexions : s(t) = l'i [Eei * exp(j*2*,z*fe*t) * expO*Ti) * exp(j*ai*sin(2*?i*fm*t))] Le spectre de ce signal correspond à nouveau à un spectre de raies symétrique et centré sur la fréquence fe dont chaque raie est espacée d'une raie voisine par une distance fm. En présence d'un liquide dans aux moins certaines cellules le signal 10 correspondant à l'onde réfléchie contient un nouveau terme, lié à la présence de l'onde induite 16 à la surface du liquide 11, de la forme: s(t) = Eei * exp[j*(2*,z*fe*t + a*sin(2*,z*fm/2*t))] * exp(j*T) en supposant une réponse sous harmonique du liquide dominée par la sous harmonique 1/2, expression qui s'exprime également 15 s(t) = Ee * exp(j*T) * exp(j*2*2r*fe*t) * [Jk(a)*exp(j*2*7c*k*fm/2*t)] k=-~ Le spectre de ce signal correspond à un spectre de raies symétrique et centré sur la fréquence fe dont chaque raie est espacée d'une raie voisine par une distance fm/2. La présence de liquide 11 dans une cellule 12 est donc mise en évidence

20 par la présence dans le spectre de l'onde réfléchie 18 de raies à des fréquences fm/2, 3*fm/2, 5*fm/2 etc..., fréquence absentes dans le cas d'absence de liquide dans les cellules. La figure 2a illustre un exemple d'un spectre observé expérimentalement en absence d'un liquide dans les cellules et celui de la figure 2b un exemple d'un spectre en présence d'eau dans des cellules d'un panneau d'une structure sandwich nid d'abeille. Dans le spectre de la figure 2a une raie spectrale est caractéristique de la fréquence fm et aucune sous-harmonique ne se distingue contrairement au 5 spectre de la figure 2b qui présente des sous-harmoniques de la fréquence fm. Dans une forme perfectionnée du procédé suivant l'invention correspondant à l'illustration de la figure lb, afin d'améliorer la sensibilité de la détection de liquide, la structure 1 est excitée en vibration mécanique au moyen de deux fréquences, la fréquence fm et une seconde fréquence fm2, lesdites 10 deux fréquences étant proches l'une de l'autre. En effet il est connu (voir par exemple Thomas Besson & W Stuart Edwards, Two frequency parametric excitation û jul 1996 û physical review) que la mise en vibration d'une surface d'un liquide à l'aide de deux fréquences, produit une onde stationnaire sous harmonique. 15 L'excitation mécanique à la fréquence fm2 génère une onde 42 qui se propage dans le matériau 1 et qui interfère avec l'onde 14 d'excitation mécanique à la fréquence fm pour créer un réseau d'interférence à la surface du liquide 11 lorsqu'une cellule 12 contient un tel liquide. Le signal d'excitation mécanique correspondant à la fréquence fm2 peut 20 correspondre à un signal sinusoïdal pur ou modulé. La figure 3 schématise dans ce cas un spectre reçu en bande de base par le capteur électromagnétique. Avantageusement, le signal d'excitation correspondant à la fréquence fm2 est modulé par un bruit blanc ou pseudo-blanc (M-séquence) permettant 25 d'utiliser des méthodes de traitement du signal de type auto corrélation qui permettent d'améliorer le rapport signal sur bruit. En pratique la modulation par une M-séquence est susceptible d'exciter des modes non linéaires de la structure ou du fluide (phénomène parasite de type mixage). Néanmoins, si les fréquences d'excitation mécanique sont choisies de telle sorte que lesdites fréquences sont proches l'une de l'autre, c'est à dire que I fm2-fml fm/2, les bandes dues au mixage des fréquences ne recouvrent pas l'harmonique '/2, ce qui permet de déterminer la fonction de transfert acoustique du matériau au alentour de l'harmonique Y2.

Dans ce cas les propriétés parasites de type mixage seront avantageusement utilisées pour déterminer des propriétés mécaniques, c'est à dire non fluides, de la pièce. La figure 4 illustre ces phénomènes par une représentation schématique d'un spectre de fréquences mécaniques d'une pièce.

Une fréquence 303 correspond à la première vibration mécanique à la fréquence fm, une autre fréquence 302 à la seconde vibration mécanique à la fréquence fm2 qui est modulé par une M-séquence 301. Par ailleurs, en raison de la présence d'une cavité contenant un liquide, des vibrations mécaniques de fréquences moitié 306, 307 sont mises en évidence ainsi que la modulation bruit blanc multipliée par la fonction de transfert du fluide (résultat connu dans le cadre des systèmes linéaires), noté 304 sur le schéma de la figure 4. En outre à proximité de la fréquence nulle, un produit de mixage 305, caractérisé +/-m*fm1+/-n*fm2, donne la fonction de transfert mécanique au alentour de la fréquence nulle. Ceci tient au fait que par mixage le bruit blanc est transféré au niveau de la fréquence nulle et subit une convolution temporelle par la fonction de transfert mécanique de la structure 1. Le signal mesuré peut dans certaines circonstances présenter des raies spectrales 308, 309 en dehors du spectre lié directement à l'excitation 25 mécanique. De telles raies sont dues à la séparation de petites gouttes de la surface libre du liquide dans la cavité, petites gouttes dont la cinétique est propre à chaque goutte. De telles raies 308, 309 sont caractéristiques et sont avantageusement utilisées pour améliorer la détection de la présence de liquide.

Enfin d'autre raie de type parasite pur 310 sont parfois observées. Elles correspondent majoritairement à des non-linéarités de la structure. Ainsi suivant le procédé l'analyse du spectre de l'onde réfléchie 18 permet de détecter, du fait de la présence de certaines raies 306, 307, 304, 305, 5 308 dans ledit spectre, la présence d'un liquide 11 dans des cavités 12. Un dispositif suivant l'invention pour détecter la présence d'un liquide 11 dans au moins une cavité 12 d'une structure 1 telle qu'une structure dite sandwich à âme en nid d'abeille comporte : 10 des premiers moyens 10, 13, 40, 41 de génération dans la structure 1 d'au moins une onde d'excitation mécanique en vibration 14, 42 ; des deuxièmes moyens 21, 22 de génération d'une onde électromagnétique incidente 17 dans une zone de la structure 1 dans laquelle la présence d'un liquide est recherchée ; 15 des troisièmes moyens 15, 19 de mesure d'une onde électromagnétique réfléchie 18 par la structure 1 recevant l'onde incidente 17; des quatrièmes moyens 20 de traitement et ou d'affichage aptes à mettre enévidence la présence dans un spectre de l'onde réfléchie 18 d'au moins une raie spectrale caractéristique d'une onde induite 16 sur une surface d'un 20 liquide 11 contenu dans une cavité 12 de la structure 1 par l'onde d'excitation mécanique 14, 42. Les premiers moyens comportent avantageusement un actionneur 10 en contact avec ladite structure. L'actionneur 10 est alimenté par une source de puissance 13 délivrant de 25 préférence un signal sinusoïdal à la fréquence fm, ladite fréquence appartenant de préférence au domaine des fréquences acoustiques. Lorsque les premiers moyens génèrent en outre une onde d'excitation à la fréquence fm2, différente de fm, pouvant être modulée, lesdits premiers moyens comportent avantageusement un second actionneur 40 en contact avec la structure 1 alimenté par un générateur 41 délivrant le signal à la fréquence fm2. De tels actionneurs 10, 40 sont avantageusement réalisés de manière connue en utilisant des technologies piézoélectriques et sont alimentés par des sources de tensions correspondant aux signaux d'excitation devant appliqués sur la structure. De préférence les actionneurs 10, 40 sont excités en régime continu pour entretenir les ondes induites 16 dont l'amortissement est rapide. Les deuxièmes moyens de génération de l'onde électromagnétique incidente 17 comportent essentiellement un générateur de fréquence 22 du domaine radioélectrique et une antenne 21 qui est agencée pour rayonner en direction de la zone de la structure 1 devant être analysée, a priori à proximité du ou des actionneurs 10, 40 produisant l'onde 14, 42 d'excitation mécanique. Les troisièmes moyens de mesure de l'onde électromagnétique réfléchie 18 comportent essentiellement une antenne 15 et des moyens de démodulation 19 de ladite onde réfléchie aptes à établir un spectre des fréquences de ladite onde. Dans une forme de réalisation particulièrement économique, les moyens de démodulation 19 de l'onde électromagnétique réfléchie 18 consiste 20 essentiellement en un simple auto-oscillateur mélangeur. L'antenne d'émission 21 des deuxièmes moyens et ou l'antenne de réception 15 des troisièmes moyens sont de préférence directrices, une même antenne pouvant réaliser à la fois l'émission de l'onde incidente 17 et la réception de l'onde réfléchie 18. 25 La directivité des dits deuxièmes et ou troisièmes moyens permet de définir la zone de la structure 1 en cours d'investigation et donc de localiser l'emplacement dans ladite structure des cavités 12 contenant un liquide 11 lorsque la présence de liquide est détectée. Les quatrièmes moyens 20 consistent en tout moyen de traitement du spectre de l'onde électromagnétique réfléchie 18 permettant de mettre en évidence un des phénomènes signifiant avec une forte probabilité la présence d'un liquide 11 dans une cavité 12 de la structure 1. Dans une réalisation comportant un traitement minimal de l'information, le spectre est présenté sous une forme graphique qui permet à un opérateur expérimenté une interprétation des différentes raies du spectre dans le contexte d'une investigation en cours. De préférence, le signal est traité, par exemple après échantillonnage par une unité de calcul, pour permettre une détection automatique de raies dans le spectre de l'onde réfléchie 18 significatives de la présence de liquide dans une cavité. Dans ce cas une situation correspondant à une présence probable de liquide est signalée par un affichage, éventuellement associé à un signal audible à l'attention d'un opérateur, l'affichage et ou le signal audible étant de préférence modulés pour donner une information sur la quantité de liquide pouvant être présent dans la zone en cours de mesure par le dispositif, une telle information pouvant être déduite des intensités relatives des différentes raies du spectre de l'onde réfléchie. Dans une forme de réalisation particulière, des moyens, non représentés, par exemple un système de dépôt d'une encre par micro-buses, sont associés au dispositif pour déposer des marques colorées, par exemple une encre de couleur contrastée par rapport à la surface de la structure et pouvant être aisément retirée, sur des zones détectées comme contenant du liquide dans des cavités. Un tel dispositif de marquage permet ainsi d'explorer au moyen du dispositif des surfaces importantes de la structure sans interrompre une phase de recherche et dans une phase traitement ultérieure d'être en mesure d'identifier instantanément les zones contenant potentiellement du liquide pour réaliser localement un examen plus détaillé et ou effectuer les opérations de drainage généralement nécessaires pour éliminer le liquide de la structure.

Une forme particulièrement avantageuse économiquement et sur le plan opérationnel est présentée sur la figure 5 pour réaliser une sonde compacte 401, adaptée au dispositif et à la mise en oeuvre du procédé, apte à réaliser les fonctions d'excitation mécanique, de rayonnement électromagnétique et de mesure électromagnétique.

La sonde compacte 401 du dispositif comporte un tore 407 non totalement symétrique réalisée en technologie piézoélectrique qui est raccordé à des générateurs de fréquences correspondant aux fréquences d'excitation mécaniques fm et fm2 comme vu précédemment. Il est connu qu'un tore réalisé en matériaux piézoélectrique supporte 10 deux modes vibratoires dégénérés c'est à dire à la même fréquence. Cette propriété est vrai uniquement si la symétrie est parfaite. Lorsque la symétrie est brisée, le tore est apte à résonner pour deux fréquences fm et fm2 proches mais distinctes. Une masselotte ou une rainure 408 est généralement suffisante pour briser la symétrie du tore 407. 15 A l'intérieur du tore subsiste un espace 409 suffisant pour installer si cela s'avère avantageux, c'est à dire si en raison de leurs tailles ou de leurs dissipations thermiques il n'est pas souhaitable de les installer de manière déportée : l'antenne 402 utilisée en émission et en réception des ondes électromagnétiques 17, 18. L'antenne 402 est constituée par exemple par un câble coaxial ouvert, comme illustré sur la figure 5, qui est apte à rayonner dans le domaine de fréquence concerné, d'un patch ou d'une cavité résonante (couplée ou non par un iris) ou de toute autre antenne appropriée ; tout ou partie d'une électronique du générateur de fréquences et d'une électronique d'amplification du signal d'alimentation du composant piézoélectrique ; tout ou partie d'une électronique d'alimentation de l'antenne d'émission de l'onde électromagnétique incidente 17 ; 20 25 - tout ou partie d'une électronique de la partie détection électromagnétique 403, par exemple auto-oscillateur mélangeur ou bien oscillateur associé à un mélangeur ; -tout ou partie d'une électronique de traitement du signal 404.

Un dispositif peut donc être réalisé qui utilise une sonde de dimensions et de masses réduites pouvant être aisément déplacée à la surface d'une structure pour détecter la présence de liquide et en particulier d'eau dans des cavités de la structure. Ledit dispositif est en mesure de détecter de l'eau sous forme liquide dans des panneaux, mais non exclusivement, de type sandwich à âme en nid d'abeille comportant des revêtements à base de fibre de carbone, y compris à travers un grillage de métallisation lorsqu'un tel grillage recouvre un des revêtements, en général du côté de la face la plus accessible du panneau. Le dispositif permet de rechercher la présence d'eau non seulement en atelier mais s'avère réalisable avec des dimensions suffisamment réduites pour être utilisé sans démontage d'une pièce installée par exemple sur un aéronef.

Claims (5)

Revendications

1 procédé de détection de présence d'un liquide (11) dans une cavité (12) d'une structure (1) dans lequel ladite structure est soumise à une vibration mécanique au moyen d'une onde d'excitation (14, 42) caractérisée en ce que : une zone de ladite structure dans laquelle la présence du liquide (11) dans une cavité (12) est recherchée est soumise à une onde électromagnétique (17) dite onde incidente ; une onde électromagnétique (18), réflexion de l'onde incidente (17) sur des éléments de la structure (1), dite onde réfléchie, est analysée pour en déduire la présence ou l'absence de liquide dans des cavités (12).

2 ù Procédé suivant la revendication 1 dans lequel une composante de l'onde d'excitation (14) est générée par une excitation vibratoire sensiblement 15 sinusoïdale de fréquence fm apte à déclencher une oscillation de la surface d'un liquide (11) dans une cavité (12), oscillation dite onde induite (16), à une fréquence sous-harmonique de la fréquence d'excitation fm.

3 ù Procédé suivant la revendication 2 dans lequel une composante de l'onde 20 d'excitation (42) est générée par une excitation vibratoire de fréquence fm2 décalée par rapport à la fréquence fm.

4 ù Procédé suivant la revendication 3 dans lequel la fréquence de l'une des composante de l'onde d'excitation (14, 42) est modulée. û Procédé suivant la revendication 4 dans lequel la fréquence modulée est modulée par un bruit blanc ou pseudo-blanc.

5 10 25 21 6 û Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel la présence de liquide (11) dans une cellule (12) est déduite de la détection de raies spectrales (307, 306, 304, 305, 308) prédéfinies dans le spectre de l'onde réfléchie (18). 7 Procédé suivant la revendication 6 dans lequel la présence de liquide (11) est déduite de la détection d'au moins une raie spectrale (307, 306) prédéfinie dans le spectre de l'onde réfléchie (18) correspondant à une sous- harmonique de fréquence fm/2 et ou fm2/2 d'une fréquence d'excitation fm et ou fm2 respectivement. 8 Dispositif de détection de la présence de liquide (11) dans une cavité (12) d'une structure (1) comportant des premiers moyens (10, 13, 40, 41) de génération dans la structure (1) d'au moins une onde d'excitation mécanique en vibration (14, 42) caractérisé en ce qu'il comporte en outre : des deuxièmes moyens (21, 22) de génération d'une onde électromagnétique incidente (17) dans une zone de la structure (1) dans laquelle la présence d'un liquide est recherchée ; des troisièmes moyens (15, 19) de mesure d'une onde électromagnétique réfléchie (18) par la structure (1) recevant l'onde incidente (17) ; des quatrièmes moyens (20) de traitement et ou d'affichage aptes à mettre en évidence la présence dans un spectre de l'onde réfléchie (18) d'au moins une raie spectrale caractéristique d'une onde induite (16) sur une surface d'un liquide (11) contenu dans une cavité (12) de la structure (1) par l'onde d'excitation mécanique (14, 42). 30 9 û Dispositif suivant la revendication 8 comportant une sonde (401) comportant un tore (407) utilisant une technologie piézoélectrique apte à vibrer 25mécaniquement pour créer l'onde d'excitation mécanique (14, 42) à une fréquence fm ou à une fréquence fm et à une fréquence fm2 décalée par rapport à la fréquence fm. 10 ù Dispositif suivant la revendication 9 dans lequel une partie creuse (409) du tore (407) comporte : une antenne (402) pour l'émission et la réception des ondes électromagnétiques (17, 18) et ou ; tout ou partie d'une électronique d'alimentation du composant 10 piézoélectrique (407) et ou ; tout ou partie d'une électronique d'alimentation de l'antenne d'émission de l'onde électromagnétique incidente (17) et ou ; tout ou partie d'une électronique de détection (403) de l'onde électromagnétique réfléchie (18) et ou ; 15 tout ou partie d'une électronique de traitement du signal (404).