FR3065078A1 - Procede et dispositif de sondage ultrasonore par focalisation adaptative au moyen d'un objet solide reverberant - Google Patents
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Abstract
Ce procédé de sondage ultrasonore d'un milieu, à l'aide d'un dispositif comportant un objet solide réverbérant présentant une face à disposer au contact du milieu à sonder et au moins un transducteur électroacoustique disposé contre une paroi de l'objet solide réverbérant, comporte : une phase d'apprentissage (100) incluant la mesure (106), en au moins un point de la face de contact, d'une réponse ultrasonore à un signal d'excitation émis (104) par le transducteur électroacoustique ; une phase (200) de sondage du milieu comportant l'émission (206) par le transducteur électroacoustique d'un signal reconstitué sur la base d'une focalisation ultrasonore adaptative (204) de la réponse ultrasonore mesurée. Lors de la phase d'apprentissage (100), le signal d'excitation comporte une séquence binaire pseudo-aléatoire d'ordre supérieur ou égal à 2 et la réponse ultrasonore mesurée est convoluée (110) à la séquence conjuguée de cette séquence binaire pseudo-aléatoire. Lors de la phase de sondage (200), le signal reconstitué résulte d'une focalisation ultrasonore adaptative de la réponse ultrasonore mesurée convoluée.
Description
® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication : 3 065 078 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national : 17 53101
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©) Int Cl8 : G 01 N29/44 (2017.01), G 01 N29/24
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| ©) Date de dépôt : 10.04.17. | © Demandeur(s) : COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATO- |
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| @ Inventeur(s) : RIBAY GUILLEMETTE et ZABBAL | |
| PAUL. | |
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PROCEDE ET DISPOSITIF DE SONDAGE ULTRASONORE PAR FOCALISATION ADAPTATIVE AU MOYEN D'UN OBJET SOLIDE REVERBERANT.
FR 3 065 078 - A1 (3/) Ce procédé de sondage ultrasonore d'un milieu, à l'aide d'un dispositif comportant un objet solide réverbérant présentant une face à disposer au contact du milieu à sonder et au moins un transducteur électroacoustique disposé contre une paroi de l'objet solide réverbérant, comporte: une phase d'apprentissage (100) incluant la mesure (106), en au moins un point de la face de contact, d'une réponse ultrasonore à un signal d'excitation émis (104) par le transducteur électroacoustique; une phase (200) de sondage du milieu comportant l'émission (206) par le transducteur électroacoustique d'un signal reconstitué sur la base d'une focalisation ultrasonore adaptative (204) de la réponse ultrasonore mesurée.
Lors de la phase d'apprentissage (100), le signal d'excitation comporte une séquence binaire pseudo-aléatoire d'ordre supérieur ou égal à 2 et la réponse ultrasonore mesurée est convoluée (110) à la séquence conjuguée de cette séquence binaire pseudo-aléatoire. Lors de la phase de sondage (200), le signal reconstitué résulte d'une focalisation ultrasonore adaptative de la réponse ultrasonore mesurée convoluée.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de sondage d’un milieu par émission d’ondes ultrasonores.
De nombreux procédés et dispositifs de sondage ultrasonore différents sont connus. Certains sont conçus de manière à mettre en contact direct un ou plusieurs transducteurs électroacoustiques avec le milieu à sonder. D’autres prévoient un objet solide réverbérant s’interposant entre le ou les transducteurs électroacoustiques et le milieu à sonder pour alors tirer profit des propriétés d’invariance de l’équation de propagation acoustique en milieu solide non dissipatif par inversion du temps. Après une phase d’apprentissage consistant généralement à mesurer en au moins un point cible de l’objet solide réverbérant une réponse ultrasonore à une excitation impulsionnelle, ils procèdent à une compression temporelle de cette réponse ultrasonore par retournement temporel ou filtrage inverse. Ces deux méthodes de compression temporelle relèvent d’une focalisation ultrasonore adaptative telle que définie en partie 2 du mémoire de thèse de François Vignon, intitulé « Focalisation d’ultrasons par retournement temporel et filtre inverse, application à l’échographie transcrânienne », 30 septembre 2005. L’objet solide réverbérant est souvent qualifié de « cavité chaotique », même s’il ne s’agit pas d’une cavité à proprement parler.
Dans certaines applications, notamment en imagerie harmonique, en mesure d’ondes guidées par des structures minces ou en hyperthermie, que ce soit en contrôle non destructif de matériaux ou dans le domaine médical, il peut être souhaité d’émettre des ondes ultrasonores de forte amplitude dans le milieu à sonder pour en exploiter les non linéarités. Dans ce cas, les procédés et dispositifs connus conçus pour mettre directement en contact les transducteurs électroacoustiques avec le milieu à sonder nécessitent de l’électronique de puissance incompatible avec les dimensions (de gros transducteurs sont alors requis), sécurités (des tensions avoisinant les 3000 V peuvent s’avérer nécessaires), fiabilités (les non linéarités du milieu inspecté sont bruitées par les non linéarités de la chaîne d’émission/réception) et complexités (notamment en termes de coûts des composants) souhaitées des dispositifs. Les procédés et dispositifs conçus pour renforcer les ondes émises à l’aide d’objets solides réverbérants intermédiaires semblent mieux adaptés, même si les problèmes précités peuvent persister dans une moindre mesure.
L'invention s’applique ainsi plus particulièrement à un procédé de sondage ultrasonore d’un milieu, à l’aide d’un dispositif comportant un objet solide réverbérant présentant une face de contact destinée à être disposée au contact du milieu à sonder et au moins un transducteur électroacoustique disposé contre une paroi de l’objet solide réverbérant, le procédé comportant :
- une phase d’apprentissage incluant la mesure, en au moins un point de la face de contact, d’une réponse ultrasonore à un signal d’excitation émis par ledit au moins un transducteur électroacoustique dans l’objet solide réverbérant, et
- une phase de sondage du milieu, lorsque ce milieu est en contact avec ledit au moins un point de la face de contact, comportant l’émission par ledit au moins un transducteur électroacoustique d’un signal reconstitué sur la base d’une focalisation ultrasonore adaptative de ladite réponse ultrasonore mesurée.
Un tel procédé est ainsi proposé dans l’article de Montaldo et al (2001), intitulé «Génération of very high pressure puises with 1-bit time reversai in a solid waveguide », publié dans Journal of the Acoustical Society of America, volume 110, n° 6, pages 2849 à 2857, décembre 2001. L’objet solide réverbérant est implémenté sous la forme d’un guide d’ondes métallique cylindrique à une extrémité duquel sont collés plusieurs transducteurs émetteurs d’impulsions ultrasonores. Un tel procédé est également proposé dans l’article de Montaldo et al (2005), intitulé « Building three-dimensional images using a time-reversal chaotic cavity », publié dans IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, volume 52, n° 9, pages 1489 à 1497, septembre 2005. L’objet solide réverbérant y est implémenté sous la forme d’une cavité chaotique de forme parallélépipédique tronquée par un usinage sphérique. Les deux dispositifs décrits nécessitent cependant en pratique un grand nombre de transducteurs émetteurs et/ou une électronique de puissance élevée pour assurer une amplitude suffisante des ondes ultrasonores émises par la face de contact du guide d’ondes ou de la cavité chaotique. Cela peut ne pas présenter de problème pour certaines applications médicales. En revanche, c’est un frein à toute application en contrôle non destructif compte tenu des coûts généralement acceptés.
Un procédé similaire est proposé dans l’article de Bou Matar et al (2009), intitulé « On the use of a chaotic cavity transducer in nonlinear elastic imaging », publié dans Applied Physics Letters, volume 95, pages 141913-1 à 141913-3, octobre 2009. Il propose une application de contrôle de fissures dans une structure mince par guidage d’ondes non linéaires et ne nécessite apparemment qu’un seul transducteur collé contre la cavité chaotique. Il exploite en outre le caractère réverbérant de la structure contrôlée, les propriétés réverbérantes de la cavité chaotique n’étant manifestement pas suffisantes. Ainsi, l’application d’un tel dispositif pour inspecter les non linéarités d’un milieu non nécessairement réverbérant est impossible. En outre, la cavité chaotique doit être collée à la structure contrôlée pour un couplage optimal, ce qui constitue une contrainte forte limitant les débouchés industriels d’un tel procédé. Une amélioration est proposée dans l’article de Bou Matar et al (2010), intitulé « Optimization of chaotic cavity transducers to nonlinear elastic imaging », publié à l’occasion du 10e Congrès Français d’Acoustique qui a eu lieu du 12 au 16 avril 2010 à Lyon (FR). Elle consiste à proposer l’émission d’un signal d’excitation de type « chirp » lors de la phase d’apprentissage. Mais la recompression d’un chirp n’est pas idéale et ne permet pas non plus de se passer du caractère réverbérant de la structure contrôlée.
Il peut ainsi être souhaité de prévoir un procédé de sondage ultrasonore qui permette de s’affranchir d’au moins une partie des problèmes et contraintes précités.
Il est donc proposé un procédé de sondage ultrasonore d’un milieu, à l’aide d’un dispositif comportant un objet solide réverbérant présentant une face de contact destinée à être disposée au contact du milieu à sonder et au moins un transducteur électroacoustique disposé contre une paroi de l’objet solide réverbérant, le procédé comportant :
- une phase d’apprentissage incluant la mesure, en au moins un point de la face de contact, d’une réponse ultrasonore à un signal d’excitation émis par ledit au moins un transducteur électroacoustique dans l’objet solide réverbérant, et
- une phase de sondage du milieu, lorsque ce milieu est en contact avec ledit au moins un point de la face de contact, comportant l’émission par ledit au moins un transducteur électroacoustique d’un signal reconstitué sur la base d’une focalisation ultrasonore adaptative de ladite réponse ultrasonore mesurée, et étant tel que :
- lors de la phase d’apprentissage, le signal d’excitation comporte une séquence binaire pseudo-aléatoire d’ordre supérieur ou égal à 2 et la réponse ultrasonore mesurée est convoluée à la séquence conjuguée de ladite séquence binaire pseudo-aléatoire,
- lors de la phase de sondage, le signal reconstitué résulte d’une focalisation ultrasonore adaptative de la réponse ultrasonore mesurée convoluée.
L’apprentissage ne se fait donc pas sur une impulsion mais sur un signal temporel plus long et de plus grande énergie de sorte que la mesure de la réponse ultrasonore est de meilleure qualité. En convoluant en outre la réponse ultrasonore mesurée lors de l’apprentissage par la séquence conjuguée de la séquence binaire pseudo-aléatoire avant de procéder à la focalisation ultrasonore adaptative en phase de sondage, il suffit alors de choisir une séquence binaire pseudo-aléatoire avec de bonne propriétés de recompression par autocorrélation pour obtenir une amplitude nettement améliorée de l’onde finalement émise par la face de contact de l’objet solide réverbérant. Il est ainsi possible de réduire le nombre de transducteurs nécessaires pour obtenir l’émission d’une onde effectivement sensible aux non linéarités du milieu sondé, y compris lorsque ce dernier n’est pas lui-même réverbérant. La chaîne électronique d’émission/réception peut également être conçue à moindre puissance et à moindres coûts. Enfin, le couplage entre le milieu à sonder et l’objet solide réverbérant peut se faire simplement à l’aide d’un gel sans nécessiter un collage compte tenu du gain en amplitude obtenu, ce qui rend son utilisation industrielle nettement moins contraignante.
De façon optionnelle, la séquence binaire pseudo-aléatoire est choisie de manière à vérifier au moins l’une des propriétés suivantes :
- elle est définie sur la base d’une suite périodique de valeurs produite par un registre à décalage à rétroaction linéaire explorant toutes les valeurs pouvant être produites par ce registre à décalage,
- son autocorrélation produit mathématiquement la distribution de Dirac, et
- elle est de type MLS, alors également appelée séquence M.
De façon optionnelle également, le signal reconstitué résulte plus précisément d’un retournement temporel de la réponse ultrasonore mesurée convoluée.
De façon optionnelle également :
- lors de la phase d’apprentissage, la réponse ultrasonore est mesurée en plusieurs points de la face de contact, et
- lors de la phase de sondage, le signal reconstitué résulte d’un filtrage inverse réalisé à l’aide de ladite mesure en plusieurs points de la réponse ultrasonore.
De façon optionnelle également, la mesure de la réponse ultrasonore se fait à l’aide d’un transducteur électroacoustique disposé contre ledit au moins un point de la face de contact ou d’un transducteur optoélectronique pointant vers ledit au moins un point de la face de contact.
De façon optionnelle également, la phase de sondage comporte une étape de mesure réalisée par au moins un récepteur électroacoustique disposé contre la face de contact de l’objet solide réverbérant et fonctionnant à une fréquence centrale significativement différente d’une fréquence centrale d’émission audit au moins un point de la face de contact, notamment dans une bande passante de réception située hors bande passante d’émission, pour la mesure d’au moins une réponse ultrasonore non linéaire du milieu sondé.
De façon optionnelle également :
- l’étape d’émission de la phase de sondage comporte l’émission du signal reconstitué et celle de son opposé,
- la phase de sondage comporte une étape de mesure, réalisée à partir des émissions de l’étape d’émission, au cours de laquelle des réponses ultrasonores du milieu sondé aux signaux reconstitués opposés émis sont respectivement mesurées puis sommées en vue de supprimer une composante linéaire commune qu’elles incluent.
De façon optionnelle également, le procédé est exécuté pour une application de contrôle non destructif en mesure d’ondes guidées dans une structure mince contre laquelle est disposée la face de contact de l’objet solide réverbérant, et la phase de sondage comporte une étape de mesure, réalisée par un récepteur électroacoustique mono- ou multi-élément(s) également disposé contre la structure mince, au cours de laquelle :
- au moins une réponse ultrasonore de la structure mince est mesurée et traitée par analyse temps-fréquence lorsque le récepteur électroacoustique est mono-élément, ou
- plusieurs réponses ultrasonores de la structure mince sont mesurées et traitées par estimation de courbes de dispersion, notamment par double FFT spatio-temporelle, classification multiple de signaux, ou décomposition en valeurs singulières lorsque le récepteur électroacoustique est multiéléments, pour une détection de modes de propagation guidés par la structure mince.
De façon optionnelle également, le procédé est exécuté pour une application de contrôle non destructif en mesure d’ondes guidées dans une structure mince contre laquelle est disposée la face de contact de l’objet solide réverbérant, et :
- lors de la phase d’apprentissage, au moins une réponse ultrasonore est mesurée en chacun de plusieurs points distincts de la surface de contact formant ainsi un réseau de plusieurs émetteurs ponctuels à partir desquels est émis un profil d’excitation ultrasonore, et
- l’étape d’émission de la phase de sondage comporte l’émission par ledit réseau d’émetteurs ponctuels de plusieurs signaux reconstitués par focalisation ultrasonore adaptative desdites réponses ultrasonores mesurées, ces réponses ultrasonores mesurées étant par ailleurs combinées entre elles de telle sorte que le profil d’excitation ultrasonore ainsi émis engendre la sélection d’au moins un mode de propagation d’ondes guidées prédéterminé dans la structure mince, cette combinaison étant réalisée en fonction d’au moins un paramètre physique lié mathématiquement à une vitesse de phase, dans une plage de fréquences donnée, dudit au moins un mode de propagation d’ondes guidées prédéterminé à sélectionner et des positions desdits points distincts de la surface de contact.
Il est également proposé un dispositif de sondage ultrasonore d’un milieu, comportant :
- un objet solide réverbérant présentant une face de contact destinée à être disposée au contact du milieu à sonder,
- au moins un transducteur électroacoustique disposé contre une paroi de l’objet solide réverbérant,
- un système de commande dudit au moins un transducteur électroacoustique, comportant :
• un module d’apprentissage configuré pour engendrer un signal d’excitation destiné à être émis dans l’objet solide réverbérant à l’aide dudit au moins un transducteur électroacoustique, et • un module de sondage du milieu configuré pour engendrer un signal reconstitué sur la base d’une focalisation ultrasonore adaptative d’une réponse ultrasonore au signal d’excitation mesurée en au moins un point de la face de contact, ce signal reconstitué étant destiné à être émis dans l’objet solide réverbérant à l’aide dudit au moins un transducteur électroacoustique, dans lequel :
- le module d’apprentissage est plus précisément configuré pour engendrer le signal d’excitation sous la forme d’une séquence binaire pseudoaléatoire d’ordre supérieur ou égal à 2 et pour convoluer la réponse ultrasonore mesurée à la séquence conjuguée de ladite séquence binaire pseudo-aléatoire, et
- le module de sondage est plus précisément configuré pour engendrer le signal reconstitué sur la base d’une focalisation ultrasonore adaptative de la réponse ultrasonore mesurée convoluée.
De façon optionnelle, ledit au moins un transducteur électroacoustique comporte au moins l’un des éléments de l’ensemble constitué d’un transducteur piézoélectrique PZT, d’un transducteur micro-usiné de type cMUT, pMUT ou mMUT, d’un transducteur à film PVDF et d’un transducteur électromagnétique-acoustique.
De façon optionnelle également, l’objet solide réverbérant est constitué d’un matériau au moins aussi peu atténuant acoustiquement que l’aluminium ou qu’un alliage d’aluminium ou que la silice fondue.
De façon optionnelle également, l’objet solide réverbérant présente au moins une dissymétrie géométrique, notamment sous la forme d’au moins un usinage sphérique creusé dans une forme générale parallélépipédique.
L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement la structure générale d’un dispositif de sondage ultrasonore selon un mode de réalisation de l’invention,
- les figures 2A et 2B illustrent en perspective deux exemples d’objets solides réverbérants pouvant être utilisés pour le dispositif de la figure 1,
- la figure 3 illustre les étapes successives d’un procédé de sondage ultrasonore réalisé à l’aide du dispositif de sondage ultrasonore de la figure 1, selon un mode de réalisation de l’invention, et
- la figure 4 représente schématiquement une installation expérimentale de test du dispositif de sondage ultrasonore de la figure 1 lorsqu’il comporte l’objet solide réverbérant de la figure 2A.
L’installation représentée schématiquement sur la figure 1 comporte un dispositif de sondage ultrasonore 10. Celui-ci comporte un objet solide réverbérant 12, au moins un transducteur électroacoustique 14 et un système 16 de commande du transducteur électroacoustique 14.
L’objet solide réverbérant 12 est de forme quelconque et présente au moins une face de contact 18 destinée à être disposée au contact d’un milieu à sonder (non représenté) et une paroi 20, qui peut optionnellement être différente de la face de contact 18, contre laquelle est disposé le transducteur électroacoustique 14. Dans l’exemple de la figure 1, la paroi 20 est une face opposée à la face de contact 18, mais il pourrait également s’agir d’une paroi latérale ou autre. Pour multiplier les réverbérations à l’intérieur de son volume à partir de l’émission d’un signal d’excitation par le transducteur électroacoustique 14, l’objet solide réverbérant 12 est avantageusement constitué d’un matériau aussi peu atténuant acoustiquement que possible dans le domaine des ultrasons, par exemple de l’aluminium, un alliage d’aluminium tel qu’un alliage aluminium-cuivre, de la silice fondue ou tout autre matériau encore moins atténuant que ces trois exemples. En particulier il peut être avantageux d’employer un cristal de pureté suffisante, cette appréciation étant à la portée de l’homme du métier, pour obtenir un volume intérieur au moins aussi peu atténuant acoustiquement que l’aluminium, qu’un alliage d’aluminium ou que la silice fondue. Il peut en particulier s’agir d’un cristal de quartz ou de Nd:YAG (de l’anglais « Neodymium-doped Yttrium Aluminium Garnet». L’objet solide réverbérant 12 présente également de préférence au moins une dissymétrie géométrique, comme cela sera détaillé en référence aux figures 2A et 2B, de manière à se comporter acoustiquement comme une cavité chaotique, c’est-à-dire un volume dans lequel la trajectoire suivie par le signal d’excitation présente une propriété d’ergodicité en le parcourant de la façon la plus homogène possible.
Le transducteur électroacoustique 14 transforme un signal d’excitation électrique fourni par le système de commande 16 en un signal d’excitation ultrasonore apte à se propager dans le volume intérieur de l’objet solide réverbérant
12. Il peut par exemple être conçu sous la forme d’un transducteur piézoélectrique PZT (pour Titano-Zirconate de Plomb), d’un transducteur micro-usiné de type cMUT (de l’anglais «capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer»), pMUT (de l’anglais « piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer») ou mMUT (de l’anglais «magnetostrictive Micromachined Ultrasonic Transducer»), d’un transducteur à film PVDF (de l’anglais « PolyVinyliDene Fluoride ») ou d’un transducteur électromagnétique-acoustique. Il peut être collé à la paroi 20 à l’aide d’une colle époxyde. Il peut aussi être simplement couplé à cette paroi 20 à l’aide d’un gel de transmission ultrasonore. Avantageusement, il présente une largeur de bande passante représentant au moins 50% de sa fréquence centrale de fonctionnement.
Le système de commande 16 tel que représenté schématiquement sur la figure 1, comporte une unité de traitement 22 associée de façon classique à une mémoire 24 (par exemple une mémoire RAM de stockage de données de traitement).
L’unité de traitement 22 et la mémoire 24 peuvent par exemple être mises en oeuvre au moins partiellement dans un dispositif informatique tel qu’un ordinateur comportant un processeur associé à une ou plusieurs mémoires pour le stockage de fichiers de données et de programmes d’ordinateurs. L’unité de traitement 22 peut alors elle-même être considérée comme formée au moins en partie d’un processeur associé à une mémoire de stockage des instructions qu’il exécute sous forme de programmes d’ordinateurs.
L’unité de traitement 22 telle qu’illustrée sur la figure 1 comporte ainsi deux modules fonctionnels au moins en partie constitués d’un ou plusieurs programmes d’ordinateurs. Un premier module fonctionnel d’apprentissage 26 comporte un générateur 28 de signal d’excitation électrique, un module 30 de traitement d’une réponse ultrasonore au signal d’excitation engendré par le générateur 28 et un opérateur arithmétique 32 effectuant un produit de convolution. La réponse ultrasonore traitée par le module 30 est mesurée en au moins un point de la face de contact 18 de l’objet solide réverbérant 12. Un deuxième module fonctionnel de sondage 34 comporte un générateur 36 de signal d’excitation électrique reconstitué et un opérateur 38 de focalisation ultrasonore adaptative. On notera par ailleurs que les modules fonctionnels précités de l’unité de traitement 22 et leurs éléments constitutifs éventuellement programmables sont présentés comme distincts, mais cette distinction est purement fonctionnelle. Ils pourraient tout aussi bien être regroupés selon toutes les combinaisons possibles en un ou plusieurs logiciels. Leurs fonctions pourraient aussi être au moins en partie micro programmées ou micro câblées dans des circuits intégrés dédiés. Ainsi, en variante, le dispositif informatique mettant en oeuvre l’unité de traitement 22 et la mémoire 24 pourrait être remplacé par un dispositif électronique composé uniquement de circuits numériques et de mémoires ou registres (sans programme d’ordinateur) pour la réalisation des mêmes actions. En variante également, il convient de noter que les traitements réalisés par les modules fonctionnels 26 et 34 peuvent être au moins partiellement analogiques de sorte qu’ils peuvent être implémentés sous la forme de circuits électroniques analogiques.
En sortie des générateurs 28 et 36 de signaux d’excitation électrique, un amplificateur 40 peut être prévu dans l’unité de traitement 22 avant fourniture de tout signal électrique au transducteur électroacoustique 14.
La mémoire 24 peut notamment stocker des valeurs du signal d’excitation noté e(t), ou au moins des paramètres permettant de le reconstituer, destinés à être fournis au générateur 28. Elle peut en outre stocker la réponse ultrasonore notée u(t) à ce signal d’excitation e(t) telle qu’elle a été mesurée et transmise au module de traitement 30. Elle peut en outre stocker le résultat noté v(t) du produit de convolution réalisé par l’opérateur arithmétique 32.
Enfin, l’installation de la figure 1 comporte un détecteur 42 de la réponse ultrasonore u(t) au signal d’excitation e(t) engendré par le générateur 28, mesurée en au moins un point P de la face de contact 18 de l’objet solide réverbérant 12. Ce détecteur 42 est par exemple un transducteur électroacoustique réalisant la fonction inverse du transducteur électroacoustique 14, à savoir transformer la réponse ultrasonore au point P en un signal électrique destiné à être transmis au module de traitement 30 du premier module fonctionnel d’apprentissage 26. Il peut par exemple être conçu lui aussi sous la forme d’un transducteur piézoélectrique PZT, d’un transducteur micro-usiné de type cMUT, pMUT ou mMUT, d’un transducteur à film PVDF ou d’un transducteur électromagnétique-acoustique. Il peut notamment être couplé à la face de contact 18 à l’aide d’un gel de transmission ultrasonore. En variante, le détecteur 28 peut également être un transducteur optoélectronique réalisant la fonction de transformer la réponse ultrasonore au point P, détectable optiquement, en un signal électrique destiné à être transmis au module de traitement 30 du premier module fonctionnel d’apprentissage 26. Il peut être conçu sous la forme d’un interféromètre laser ou équivalent qui pointe alors précisément vers le point P. C’est la variante illustrée sur la figure 1.
Conformément aux principes généraux de l’invention, le module d’apprentissage 26 est plus précisément configuré pour engendrer le signal d’excitation e(t) sous la forme d’une séquence binaire pseudo-aléatoire d’ordre supérieur ou égal à 2, ou incluant une telle séquence binaire pseudo-aléatoire, et pour convoluer, à l’aide de l’opérateur arithmétique 32, la réponse ultrasonore mesurée u(t) correspondante avec la séquence conjuguée de cette séquence binaire pseudo-aléatoire. Une séquence binaire pseudo-aléatoire d’ordre m est une séquence binaire qui explore périodiquement, et aléatoirement à l’intérieur de chaque période, L = 2m-1 valeurs. On obtient ainsi le signal v(t) sous la forme :
v(t) = u(t) * e(t), où « * » est le symbole du produit de convolution et « » celui du signal conjugué complexe.
Conformément aux principes généraux de l’invention également, le module de sondage 34 est plus précisément configuré pour engendrer le signal reconstitué sur la base d’une focalisation ultrasonore adaptative de la réponse ultrasonore mesurée convoluée v(t). L’opérateur 38 effectue en effet une focalisation ultrasonore adaptative sur le signal v(t). Dans un mode de réalisation préféré, la focalisation ultrasonore adaptative est un simple retournement temporel. On obtient ainsi le signal reconstitué eR(t) sous la forme :
eR(t) = v(—t).
Ce signal reconstitué peut être codé à chaque instant sur un nombre de bits compris entre 1 et 64 pour être traité par ordinateur. Ce nombre peut évidemment évoluer, notamment augmenter, en fonction des performances et possibilités de calculs par ordinateur.
Etant donné que la réponse ultrasonore mesurée u(t) résulte d’une convolution entre le signal d’excitation e(t) émis par le transducteur électroacoustique 14 et la réponse impulsionnelle du volume intérieur de l’objet solide réverbérant 12, le fait de convoluer ensuite cette réponse ultrasonore mesurée u(t) à la séquence conjuguée e(t) produit mathématiquement une autocorrélation sur e(t). Or le fait de choisir ce signal e(t) sous la forme d’une séquence binaire pseudo-aléatoire d’ordre supérieur ou égal à 2 a pour conséquence que son autocorrélation s’approche sensiblement de la distribution de Dirac par rapport à l’autocorrélation d’une excitation impulsionnelle ou même d’un chirp. Une telle séquence binaire pseudoaléatoire possède par conséquent de meilleures propriétés de recompression par autocorrélation, ce qui permet au final d’augmenter l’amplitude de l’onde finalement émise au point P lorsque l’on émet le signal reconstitué eR(t) à partir du transducteur électroacoustique 14. Comme en outre l’apprentissage se fait sur la base d’un signal temporel plus long et de plus grande énergie qu’une simple impulsion, il s’en trouve lui-même amélioré également en termes de qualité du signal temporellement inversé. Le même raisonnement s’applique lorsque le signal d’excitation e(t) n’est pas simplement constitué d’une séquence binaire pseudo-aléatoire d’ordre supérieur ou égal à 2 mais en comporte une : dans ce cas la réponse ultrasonore mesurée u(t) est convoluée, non pas à la séquence conjuguée e(t), mais à la séquence conjuguée de la séquence binaire pseudo-aléatoire que le signal d’excitation e(t) comporte.
Il est possible d’améliorer l’apprentissage en augmentant l’ordre de la séquence binaire pseudo-aléatoire pour se rapprocher le plus possible de la distribution de Dirac. Concrètement, lorsque la séquence binaire pseudo-aléatoire est de type MLS (de l’anglais « Maximum Length Sequence »), alors également appelée séquence M, de très bons résultats peuvent être obtenus. Une telle séquence peut notamment être définie et engendrée sur la base d’une suite périodique de valeurs produite par un registre à décalage à rétroaction linéaire explorant toutes les valeurs pouvant être produites par ce registre à décalage. Lorsque son autocorrélation produit effectivement mathématiquement la distribution de Dirac, le résultat est optimal.
Il est possible également de remplacer l’opération de retournement temporel effectuée par l’opérateur 38 par un filtrage inverse, notamment si l’on souhaite optimiser la résolution spatiale de l’onde ultrasonore qui sera émise au point P moyennant généralement une légère perte d’amplitude. Dans ce cas, la réponse ultrasonore u(t) au signal d’excitation e(t) est mesurée en plusieurs points de la face de contact 18 dans un voisinage prédéterminé autour du point P, pour l’obtention de plusieurs valeurs de v(t), et le module de sondage 34, ou plus précisément son opérateur 38, reconstitue le signal eR(t) à l’aide d’un filtrage inverse sur ces valeurs de v(t).
Enfin, un mode de réalisation simplifié consiste à ne coder le signal reconstitué eR(t) à chaque instant que sur un seul bit.
Les figures 2A et 2B illustrent deux modes de réalisation de l’objet solide réverbérant 12. Selon l’illustration de la figure 2A, qui reprend en perspective la configuration illustrée sur la figure 1, il présente une forme générale parallélépipédique, par exemple cubique, dans laquelle est creusée une forme sphérique par usinage 44. Cet usinage 44 produit une dissymétrie géométrique suffisante pour produire la propriété d’ergodicité souhaitée. En particulier, le test illustré sur la figure 4 qui sera détaillé ultérieurement a été effectué avec un cube d’aluminium de 50 mm de côtés et un usinage sphérique de 25 mm de rayon réduisant la taille des trois arrêtes issues du sommet sur lequel il est formé à respectivement 14, 20 et 25 mm. La face de contact 18 est par exemple la face inférieure non usinée. En variante, il peut présenter une forme générale semi cylindrique comme illustré sur la figure 2B. La face de contact 18 est par exemple la face inférieure en forme de demi-disque. D’autres variantes sont bien évidemment possibles et seront retenues par l’homme du métier pour leur bonne propriété d’ergodicité qui peut être vérifiée expérimentalement.
Quel que soit le mode de réalisation de l’objet solide réverbérant 12, sa face de contact 18 n’est pas obligatoirement plane. En particulier, en contrôle non destructif par contact elle peut être travaillée en correspondance avec la forme d’une pièce à contrôler. Elle peut en outre être dépolie, notamment par usinage avec des rainures plus ou moins espacées à l’exception d’un voisinage prédéterminé autour du point P, pour limiter les contacts avec la pièce à contrôler et favoriser les réverbérations ergodiques dans l’objet solide 12.
Les étapes successives d’un procédé de sondage ultrasonore pouvant être réalisé à l’aide du dispositif de sondage ultrasonore 10 de la figure 1 vont maintenant être détaillées en référence à la figure 3.
Ce procédé comporte une phase d’apprentissage 100 au cours de laquelle le signal d’excitation e(t) est engendré sous la forme d’une séquence binaire pseudoaléatoire d’ordre supérieur ou égal à 2 par le générateur 28, à l’aide de valeurs temporelles ou de paramètres de ce signal enregistrés en mémoire 24, lors d’une première étape 102.
Lors d’une étape 104 suivante, le signal d’excitation e(t) est amplifié, par l’amplificateur 40, et/ou converti en signal analogique électrique si nécessaire avant d’être transmis au transducteur électroacoustique 14 puis émis sous forme d’onde ultrasonore dans l’objet solide réverbérant 12.
Ensuite, au cours d’une étape 106, la réponse ultrasonore u(t) est mesurée au point P de la face de contact 18, ou en plusieurs points situés dans un voisinage du point P, à l’aide du détecteur 42.
La ou les mesure(s) résultant de l’étape 106 est ou sont transmise(s) lors d’une étape 108 sous forme de signal électrique au module de traitement 30 dont la fonction principale est de la ou les stocker en mémoire 24, ou de la ou les transmettre directement à l’opérateur arithmétique 32.
Enfin, au cours d’une dernière étape 110 de la phase d’apprentissage 100, l’opérateur arithmétique 32 convolue la ou les mesure(s) résultant de l’étape 106 avec la séquence conjuguée du signal d’excitation e(t) pour former au moins un signal v(t) qui est alors stocké en mémoire 24.
Suite à la bonne exécution de la phase d’apprentissage 100, une phase de sondage 200 peut être entreprise.
Au cours d’une première étape 202 de cette phase de sondage 200, le dispositif de sondage 10 est disposé pour sonder un milieu. En particulier, le point P de sa face de contact 18 est disposé au contact de ce milieu pour l’émission d’ondes ultrasonores dans le milieu à partir de ce point P.
Ensuite, au cours d’une étape 204, l’opérateur 38 réalise un retournement temporel du signal v(t) ou un filtrage inverse de la pluralité de signaux v(t) enregistré(s) en mémoire 24. Le résultat de ce traitement est ensuite transmis au générateur 36 qui engendre le signal reconstitué eR(t).
Lors de l’étape 206 suivante, le signal reconstitué eR(t) est amplifié, par l’amplificateur 40, et/ou converti en signal analogique électrique si nécessaire avant d’être transmis au transducteur électroacoustique 14 puis émis sous forme d’onde ultrasonore dans l’objet solide réverbérant 12. Il en résulte l’excitation ultrasonore souhaitée au point P et transmise dans le milieu.
Les étapes 106 à 206 ont été envisagées précédemment pour l’émission mono-élément d’une onde ultrasonore à partir d’un unique point P. Mais par linéarité spatiale des méthodes de focalisation ultrasonore adaptative, elles pourraient être réalisées pour une émission multi-éléments à partir de plusieurs points ..., PN distincts de la surface de contact 18 formant ainsi un réseau de N émetteurs. Une loi de retard pourrait même être appliquée à cette émission multi-éléments. Il suffit de mesurer à l’étape 106 N réponses ultrasonores notées u^t), ... uN(t) respectivement aux points ..., PN distincts ou en plusieurs points respectivement situés dans des voisinages des points ..., PN, à l’aide du détecteur 42. Ensuite, la focalisation ultrasonore adaptative réalisée par l’opérateur 38 à l’étape 204 peut être combinée pour les mesures issues de chacun des points ..., PN de sorte que l’émission du signal reconstitué eR(t) à l’étape 206 engendre les excitations ultrasonores souhaitées aux points ..., PN.
Enfin, au cours d’une dernière étape 208 de la phase de sondage 200, une mesure est réalisée à partir de l’émission de l’excitation ultrasonore ou des excitations ultrasonores résultant de l’étape 206. Cette mesure diffère selon les applications envisagées. Elle peut se faire par tous les moyens connus : interféromètre laser, capteur à transducteur électroacoustique mono- ou multiéléments), avec ou sans sabot, etc.
Pour une application en imagerie harmonique du milieu sondé par ondes de volume, l’émission se fait au point P comme enseigné précédemment et la mesure 208 en réception peut se faire à l’aide d’au moins un récepteur électroacoustique collé sur la face de contact 18 en un autre endroit, ce récepteur fonctionnant à une fréquence centrale significativement différente de celle émise au point P, et notamment par exemple dans une bande passante de réception située hors bande passante d’émission. On mesure ainsi une réponse ultrasonore non linéaire du milieu sondé.
Conformément à cette application mais aussi pour d’autres applications exploitant les non linéarités du milieu sondé, on note que la présente invention permet également d’appliquer au contrôle non destructif la méthode, par ailleurs bien connue dans le domaine médical, des inversions d’impulsions émises (i.e. on émet successivement une impulsion et son opposée) en limitant les tensions d’émission du transducteur électroacoustique 14 malgré les besoins en amplitude d’émission élevée au niveau du point P. Dans ce cas, lors de l’étape d’émission 206, on émet le signal reconstitué eR(t) et son opposé - eR(t). Ensuite, lors de l’étape de mesure 208, les réponses ultrasonores du milieu sondé aux émissions de signaux eR(t) et - eR(t) sont respectivement mesurées puis sommées en vue de supprimer une composante linéaire commune qu’elles incluent.
Pour une application de contrôle non destructif en mesure d’ondes guidées dans des structures minces, l’émission se fait au point P comme enseigné précédemment, ou en plusieurs points P1; PN comme également envisagé précédemment. Par « structures minces », on entend des structures dont l’épaisseur représente une fraction des longueurs d’ondes moyennes émises. La mesure 208 en réception peut se faire à l’aide d’un capteur disposé au contact du milieu à sonder mais à un autre endroit que le dispositif de sondage ultrasonore 10. Ce capteur peut être mono-élément, pour un traitement des signaux reçus par analyse tempsfréquence, ou multi-éléments, pour un traitement des signaux par double FFT (de l’anglais « Fast Fourier Tranform») spatio-temporelle ou par classification multiple des signaux lorsque l’émission est mono-élément, ou pour un traitement des signaux par décomposition en valeurs singulières lorsque l’émission est multi-éléments, en vue de détecter et estimer des courbes de dispersion. On peut ainsi détecter des modes de propagations guidés qui sont souvent caractéristiques de propriétés structurelles de la structure mince considérée.
L’homme du métier se reportera par exemple :
- à l’article de Alleyne et al, intitulé « A two-dimensional Fourier transform method for the measurement of propagating multimode signais », publié dans Journal of the Acoustical Society of America, volume 89, n° 3, pages
1159 à 1168, mars 1991, pour un traitement par double FFT spatiotemporelle lorsque les signaux sont mesurés à l’aide d’un capteur multiéléments et lorsque l’émission est mono-élément,
- à l’article de Ambrozinski et al, intitulé « Identification of material properties - efficient modelling approach based on guided wave propagation and spatial multiple signal classification », publié dans Structural Control and Health Monitoring, volume 22, pages 969 à 983, 2015, pour un traitement par classification multiple des signaux lorsque les signaux sont mesurés à l’aide d’un capteur multi-éléments et lorsque l’émission est mono-élément,
- au brevet FR 2 946 753 B1 ou à l’article de Xu et al, intitulé « Sparse SVD method for high-resolution extraction of the dispersion curves of ultrasonic guided waves», publié dans IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, volume 63, n° 10, pages 1514 à 1524, octobre 2016, pour un traitement par décomposition en valeurs singulières lorsque les signaux sont mesurés à l’aide d’un capteur multiéléments et lorsque l’émission est multi-éléments.
Pour une application en thérapie par hyperthermie, l’émission se fait en plusieurs points P^ PN pour une focalisation à forte énergie en tout point cible prédéterminé du milieu. L’étape de mesure 208 est optionnelle voire inutile dans ce cas.
Au-delà des trois applications précitées pour lesquelles une exploitation des non linéarités du milieu à sonder est souhaitée, l’émission multi-éléments envisagée précédemment permet aussi l’acquisition d’une matrice de réponses impulsionnelles lors de l’étape 208 à l’aide d’un capteur multi-éléments. Cette acquisition est généralement qualifiée d’acquisition FMC (de l’anglais « Full Matrix Capture »).
D’autres applications telles que la formation de faisceaux, la focalisation en tous points, la sélection de modes de propagation guidés, la confrontation des mesures avec un modèle numérique, ... peuvent aussi être envisagées.
En ce qui concerne plus précisément la sélection de modes guidés, elle s’applique au contrôle non destructif en mesure d’ondes guidées dans une structure mince contre laquelle est disposée la face de contact 18 de l’objet solide réverbérant 12. Elle nécessite une adaptation des principes généraux de la présente invention. Lors de la phase d’apprentissage 100, au moins une réponse ultrasonore est mesurée en chacun de plusieurs points distincts de la surface de contact 18 de l’objet solide réverbérant 12 formant ainsi un réseau de plusieurs émetteurs ponctuels à partir desquels est émis un profil d’excitation ultrasonore. Ensuite, lors de l’étape d’émission 206 de la phase de sondage 200, les signaux reconstitués par focalisation ultrasonore adaptative (étape 204) des réponses ultrasonores mesurées sont émis par ce réseau d’émetteurs ponctuels. Les réponses ultrasonores mesurées sont par ailleurs combinées entre elles de telle sorte que le profil d’excitation ultrasonore ainsi émis engendre la sélection d’un ou plusieurs mode(s) de propagation d’ondes guidées prédéterminé(s) dans la structure mince. Cette combinaison est réalisée en fonction d’au moins un paramètre physique lié mathématiquement à une vitesse de phase, dans une plage de fréquences donnée, du ou des mode(s) de propagation d’ondes guidées prédéterminé(s) à sélectionner et des positions desdits points distincts de la surface de contact 18. Ce paramètre physique est par exemple la vitesse de phase elle-même, le nombre d’onde ou la vitesse de groupe, ces trois notions étant, de façon bien connue, liées mathématiquement entre elles.
A titre d’exemple non limitatif, l’enseignement des documents suivants peut être mis à profit pour réaliser la combinaison adéquate des réponses ultrasonores mesurées en fonction du ou des mode(s) de propagation d’ondes guidées prédéterminé(s) souhaité(s) :
- le mémoire de thèse de Alban Leleux, intitulé « Contrôle non destructif de composites par ondes ultrasonores guidées, générées et détectées par multiélément », 19 novembre 2012, en particulier le chapitre 3 pour la méthode dite « phased array »,
- l’article de Bai et al, intitulé « Multichannel wideband mode-selective excitation of ultrasonic guided waves in long cortical bone », publié dans les Proceedings de la conférence 2016 IEEE International Ultrasonics Symposium qui s’est tenue à Tours (FR) du 18 au 21 septembre 2016.
Par rapport à ces enseignements de l’état de la technique, l’avantage de la présente invention est de permettre la génération d’un émetteur multi-éléments dont les distances inter-éléments peuvent être, par retournement temporel ou filtrage inverse dans l’objet solide réverbérant 12, nettement inférieures à ce que permet un émetteur multi-éléments classique et dont les amplitudes d’émission sont plus élevées. On peut donc, sur la base de ces enseignements et par combinaison avec la présente invention, obtenir des résultats nettement améliorés en termes de sélection de mode(s) de propagation.
Un test illustré sur la figure 4 a été réalisé pour vérifier l’effet technique de l’invention sur un prototype dont l’objet solide réverbérant 12 est en aluminium et conforme géométriquement au mode de réalisation de la figure 2A.
Selon l’installation expérimentale choisie, le transducteur électroacoustique 14 est de type PZT avec une fréquence centrale à 1 MHz et une tension pic à pic en émission de 60 V. On notera que ces conditions d’émission sont nettement inférieures en tension à ce qui est actuellement pratiqué en imagerie harmonique pour le contrôle non destructif. Le transducteur électroacoustique 14 est collé à l’aide de phényle salicylate à la paroi 20 de l’objet solide réverbérant 12. Le détecteur 42 est un interféromètre laser mesurant un déplacement particulaire normal exprimé en nm. Une plaque 44 de titane de 1,6 mm d’épaisseur est placée sur la face de contact 18 à l’aide d’un gel couplant ultrasonore 46. Un film de polytéréphtalate d’éthylène 48 est étendu sur la face libre de la plaque 44 pour assurer une bonne réflexion normale du faisceau laser du détecteur 42. Ce dernier est placé à distance de la plaque 44 de manière à émettre son faisceau dans la direction de la normale au plan de la plaque 44 en pointant vers le point P, ou vers plusieurs points possibles d’un voisinage du point P en le déplaçant parallèlement à la face de contact 18. Le dispositif de sondage 10 est utilisé en phase de sondage et la mesure du détecteur 42 est faite en transmission à travers l’épaisseur de la plaque 44 en un point P’ du film de polytéréphtalate d’éthylène 48. Dans ces conditions, les résultats comparatifs suivants ont pu être obtenus :
| Méthode | Déplacement normal mesuré (nm) |
| Référence | 0,62 |
| Impulsion gaussienne RT | 3,3 |
| Impulsion gaussienne Fl | 2,8 |
| Chirp RT | 2,4 |
| Chirp Fl | 2,5 |
| Séquence M RT | 33,1 |
La méthode qualifiée de « Référence » est l’émission directe au point P, sans objet solide réverbérant, d’une excitation ultrasonore à l’aide d’un transducteur électroacoustique de type PZT avec une fréquence centrale à 1 MHz et une tension pic à pic en émission de 60 V.
La méthode qualifiée de « Impulsion gaussienne RT » est l’émission selon l’installation de la figure 4 par le transducteur électroacoustique 14 dans l’objet solide réverbérant 12 d’une onde ultrasonore apprise par retournement temporel de la réponse ultrasonore au point P à une impulsion gaussienne.
La méthode qualifiée de « Impulsion gaussienne Fl » est l’émission selon l’installation de la figure 4 par le transducteur électroacoustique 14 dans l’objet solide réverbérant 12 d’une onde ultrasonore apprise par filtrage inverse de la réponse ultrasonore dans un voisinage du point P à une impulsion gaussienne.
La méthode qualifiée de « Chirp RT » est l’émission selon l’installation de la figure 4 par le transducteur électroacoustique 14 dans l’objet solide réverbérant 12 d’une onde ultrasonore apprise par retournement temporel de la réponse ultrasonore au point P à un chirp.
La méthode qualifiée de « Chirp Fl » est l’émission selon l’installation de la figure 4 par le transducteur électroacoustique 14 dans l’objet solide réverbérant 12 d’une onde ultrasonore apprise par filtrage inverse de la réponse ultrasonore dans un voisinage du point P à un chirp.
Enfin, la méthode qualifiée de « Séquence M RT » est l’émission selon l’installation de la figure 4 par le transducteur électroacoustique 14 dans l’objet solide réverbérant 12 d’une onde ultrasonore apprise par retournement temporel de la réponse ultrasonore au point P à une séquence M. Pour les besoins du test expérimental, une séquence M d’ordre 18 ou sur 18 bits, c’est-à-dire à 218-1 = 262143 valeurs explorées, échantillonnée à 25.106 valeurs par seconde et donc d’une durée d’environ 10,49 ms, a été utilisée.
Le déplacement mesuré au point P’ étant bien évidemment directement lié à l’amplitude de l’onde ultrasonore émise à partir du point P, les résultats ci-dessus montrent l’amélioration assez considérable apportée par l’utilisation d’une séquence binaire pseudo-aléatoire d’ordre supérieur ou égal à 2, notamment une séquence M, lors de la phase d’apprentissage, que ce soit par comparaison avec la méthode de référence (amplitude en transmission multipliée par plus de 50) ou avec l’une quelconque des autres méthodes appliquant un retournement temporel ou un filtrage inverse par apprentissage (amplitude en transmission multipliée par plus de 10). Le déplacement de 33,1 nm est en particulier largement suffisant pour exploiter les non linéarités du milieu à sonder, comme par exemple en imagerie harmonique.
En variante du test de la figure 4, un détecteur 42 de type transducteur PZT peut être directement collé au point P. En baissant la tension pic à pic en émission à 40 V pour le transducteur électroacoustique 14, les résultats comparatifs suivants sont obtenus :
| Méthode | Tension au point P (V) |
| Impulsion gaussienne RT | 0,54 |
| Séquence M RT | 7,1 |
La tension mesurée au point P étant bien évidemment directement liée à l’amplitude de l’onde ultrasonore émise à partir du point P, les résultats ci-dessus montrent de nouveau l’amélioration assez considérable apportée par l’utilisation d’une séquence M lors de la phase d’apprentissage par comparaison avec la méthode appliquant un retournement temporel avec l’utilisation d’une impulsion gaussienne lors de la phase d’apprentissage (amplitude en transmission multipliée par plus de 13).
Par simulation, on montre en outre que les séquences M présentent des propriétés de recompression particulièrement avantageuses par rapport à d’autres séquences binaires pseudo-aléatoires connues telles que les séquences de Golay ou de Kasami. Pour des séquences d’apprentissage de même durée d’environ 10 ps, l’amplitude mesurable au point P est plus que doublée avec une séquence M par rapport à ce qui est mesurable avec une séquence de Golay ou de Kasami.
Il apparaît clairement qu’un dispositif de sondage ultrasonore tel que celui décrit précédemment permet d’améliorer l’amplitude des ondes émises en au moins un point P de contact avec le milieu à sonder, notamment pour en exploiter les non linéarités, sans pour autant nécessiter d’augmenter la puissance de la chaîne électronique d’émission. Par ailleurs les contraintes de couplage sont moins fortes, que ce soit dans le dispositif entre le ou les transducteurs électroacoustiques et l’objet solide réverbérant ou à l’interface du dispositif et du milieu à sonder.
On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment.
Ainsi en variante, le signal reconstitué à l’émission eR(t) peut lui aussi être convolué avec un autre signal prédéfini pour moduler sa forme selon l’application envisagée, comme cela est par ailleurs bien connu en sondage ultrasonore.
En variante également, ce n’est pas seulement un mais plusieurs transducteurs électroacoustiques d’émission qui peuvent être disposés contre la paroi 20 de l’objet solide réverbérant 12, comme par exemple enseigné dans l’article de Montaldo et al (2005) précité.
Il apparaîtra plus généralement à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans les revendications qui suivent, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant les revendications aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents que les revendications visent à couvrir du fait de leur formulation et dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en oeuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
Claims (12)
- REVENDICATIONS1. Procédé de sondage ultrasonore d’un milieu, à l’aide d’un dispositif (10) comportant un objet solide réverbérant (12) présentant une face de contact (18) destinée à être disposée au contact du milieu à sonder et au moins un transducteur électroacoustique (14) disposé contre une paroi (20) de l’objet solide réverbérant (12), le procédé comportant :une phase d’apprentissage (100) incluant la mesure (106), en au moins un point (P) de la face de contact (18), d’une réponse ultrasonore à un signal d’excitation émis par ledit au moins un transducteur électroacoustique (14) dans l’objet solide réverbérant (12), et une phase (200) de sondage du milieu, lorsque ce milieu est en contact avec ledit au moins un point (P) de la face de contact (18), comportant l’émission (206) par ledit au moins un transducteur électroacoustique (14) d’un signal reconstitué sur la base d’une focalisation ultrasonore adaptative (204) de ladite réponse ultrasonore mesurée, et étant caractérisé en ce que :lors de la phase d’apprentissage (100), le signal d’excitation comporte une séquence binaire pseudo-aléatoire d’ordre supérieur ou égal à 2 et la réponse ultrasonore mesurée est convoluée (110) à la séquence conjuguée de ladite séquence binaire pseudo-aléatoire, lors de la phase de sondage (200), le signal reconstitué résulte d’une focalisation ultrasonore adaptative de la réponse ultrasonore mesurée convoluée.
- 2. Procédé de sondage ultrasonore selon la revendication 1, dans lequel la séquence binaire pseudo-aléatoire est choisie de manière à vérifier au moins l’une des propriétés suivantes :elle est définie sur la base d’une suite périodique de valeurs produite par un registre à décalage à rétroaction linéaire explorant toutes les valeurs pouvant être produites par ce registre à décalage, son autocorrélation produit mathématiquement la distribution de Dirac, et elle est de type MLS, alors également appelée séquence M.
- 3. Procédé de sondage ultrasonore selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le signal reconstitué résulte plus précisément d’un retournement temporel (204) de la réponse ultrasonore mesurée convoluée.
- 4. Procédé de sondage ultrasonore selon la revendication 1 ou 2, dans lequel :lors de la phase d’apprentissage (100), la réponse ultrasonore est mesurée (106) en plusieurs points de la face de contact (18), et lors de la phase de sondage (200), le signal reconstitué résulte d’un filtrage inverse (204) réalisé à l’aide de ladite mesure (106) en plusieurs points de la réponse ultrasonore.
- 5. Procédé de sondage ultrasonore selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la mesure (106) de la réponse ultrasonore se fait à l’aide d’un transducteur électroacoustique disposé contre ledit au moins un point (P) de la face de contact (18) ou d’un transducteur optoélectronique (42) pointant vers ledit au moins un point (P) de la face de contact (18).
- 6. Procédé de sondage ultrasonore selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la phase de sondage (200) comporte une étape de mesure (208) réalisée par au moins un récepteur électroacoustique disposé contre la face de contact (18) de l’objet solide réverbérant et fonctionnant à une fréquence centrale significativement différente d’une fréquence centrale d’émission audit au moins un point (P) de la face de contact (18), notamment dans une bande passante de réception située hors bande passante d’émission, pour la mesure d’au moins une réponse ultrasonore non linéaire du milieu sondé.
- 7. Procédé de sondage ultrasonore selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel :l’étape d’émission (206) de la phase de sondage (200) comporte l’émission du signal reconstitué et celle de son opposé, la phase de sondage (200) comporte une étape de mesure (208), réalisée à partir des émissions de l’étape d’émission (206), au cours de laquelle des réponses ultrasonores du milieu sondé aux signaux reconstitués opposés émis sont respectivement mesurées puis sommées en vue de supprimer une composante linéaire commune qu’elles incluent.
- 8. Procédé de sondage ultrasonore selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 pour une application de contrôle non destructif en mesure d’ondes guidées dans une structure mince contre laquelle est disposée la face de contact (18) de l’objet solide réverbérant (12), dans lequel la phase de sondage (200) comporte une étape de mesure (208), réalisée par un récepteur électroacoustique mono- ou multi-élément(s) également disposé contre la structure mince, au cours de laquelle :au moins une réponse ultrasonore de la structure mince est mesurée (208) et traitée par analyse temps-fréquence lorsque le récepteur électroacoustique est mono-élément, ou plusieurs réponses ultrasonores de la structure mince sont mesurées (208) et traitées par estimation de courbes de dispersion, notamment par double FFT spatio-temporelle, classification multiple de signaux, ou décomposition en valeurs singulières lorsque le récepteur électroacoustique est multi-éléments, pour une détection de modes de propagation guidés par la structure mince.
- 9. Procédé de sondage ultrasonore selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 pour une application de contrôle non destructif en mesure d’ondes guidées dans une structure mince contre laquelle est disposée la face de contact (18) de l’objet solide réverbérant (12), dans lequel :lors de la phase d’apprentissage (100), au moins une réponse ultrasonore est mesurée (106) en chacun de plusieurs points distincts de la surface de contact (18) formant ainsi un réseau de plusieurs émetteurs ponctuels à partir desquels est émis un profil d’excitation ultrasonore, et l’étape d’émission (206) de la phase de sondage (200) comporte l’émission par ledit réseau d’émetteurs ponctuels de plusieurs signaux reconstitués par focalisation ultrasonore adaptative (204) desdites réponses ultrasonores mesurées, ces réponses ultrasonores mesurées étant par ailleurs combinées entre elles de telle sorte que le profil d’excitation ultrasonore ainsi émis engendre la sélection d’au moins un mode de propagation d’ondes guidées prédéterminé dans la structure mince, cette combinaison étant réalisée en fonction d’au moins un paramètre physique lié mathématiquement à une vitesse de phase, dans une plage de fréquences donnée, dudit au moins un mode de propagation d’ondes guidées prédéterminé à sélectionner et des positions desdits points distincts de la surface de contact (18).
- 10. Dispositif (10) de sondage ultrasonore d’un milieu, comportant :un objet solide réverbérant (12) présentant une face de contact (18) destinée à être disposée au contact du milieu à sonder, au moins un transducteur électroacoustique (14) disposé contre une paroi (20) de l’objet solide réverbérant (12), un système (16) de commande dudit au moins un transducteur électroacoustique (14), comportant :• un module d’apprentissage (26) configuré pour engendrer un signal d’excitation destiné à être émis dans l’objet solide réverbérant (12) à l’aide dudit au moins un transducteur électroacoustique (14), et • un module (34) de sondage du milieu configuré pour engendrer un signal reconstitué sur la base d’une focalisation ultrasonore adaptative (38) d’une réponse ultrasonore au signal d’excitation mesurée en au moins un point (P) de la face de contact (18), ce signal reconstitué étant destiné à être émis dans l’objet solide réverbérant (12) à l’aide dudit au moins un transducteur électroacoustique (14), caractérisé en ce que :le module d’apprentissage (26) est plus précisément configuré pour engendrer (28) le signal d’excitation sous la forme d’une séquence binaire pseudo-aléatoire d’ordre supérieur ou égal à 2 et pour convoluer (32) la réponse ultrasonore mesurée à la séquence conjuguée de ladite séquence binaire pseudo-aléatoire, et le module de sondage (34) est plus précisément configuré pour engendrer (36) le signal reconstitué sur la base d’une focalisation ultrasonore adaptative de la réponse ultrasonore mesurée convoluée.
- 11. Dispositif de sondage ultrasonore (10) selon la revendication 10, dans lequel ledit au moins un transducteur électroacoustique (14) comporte au moins l’un des éléments de l’ensemble constitué d’un transducteur piézoélectrique PZT, d’un transducteur micro-usiné de type cMUT, pMUT ou mMUT, d’un transducteur à film PVDF et d’un transducteur électromagnétique-acoustique.
- 12. Dispositif de sondage ultrasonore (10) selon la revendication 10 ou 11, dans lequel l’objet solide réverbérant (12) est constitué d’un matériau au moins aussi peu atténuant acoustiquement que l’aluminium ou qu’un alliage d’aluminium ou que la silice fondue.1/2
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