WO2012123673A1 - Systeme d'inspection par emission-reception d'ondes acoustiques - Google Patents

Systeme d'inspection par emission-reception d'ondes acoustiques Download PDF

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    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/105—Number of transducers two or more emitters, two or more receivers

Definitions

  • the present invention relates to a non-intrusive inspection system by emission-reception of acoustic waves.
  • the proposed system will be described more particularly in connection with an example of application to monitoring the flow of a fluid in a section of a pipe. Other applications may however be considered.
  • Non-intrusive methods are known for measuring the flow rate of a fluid in a pipe, using ultrasonic waves. By non-intrusive, we mean that does not require the prediction of sensors inside the pipe.
  • two transmitting-receiving devices are positioned on the outer wall of the pipe, respectively at an upstream point and at a downstream point of the pipe, the downstream point being located on one side of the pipe opposite the pipe. upstream point.
  • the upstream device transmits a wave towards the downstream device, and the time taken by the wave to reach the downstream device is measured.
  • the downstream device transmits a wave towards the upstream device, and the time taken by the wave to reach the upstream device is measured.
  • the difference between the speed of propagation (celerity) of the wave in the upstream-downstream direction and the speed of propagation of the wave in the downstream-upstream direction makes it possible to determine the average speed of flow of the fluid between the upstream point. and the downstream point.
  • an object of an embodiment of the present invention is to provide an acoustic wave emission-reception inspection system, at least partially overcoming some of the disadvantages of the present systems.
  • An object of an embodiment of the present invention is to provide a non-intrusive system for studying flow conditions of a fluid in a pipe more precisely than current systems.
  • An object of an embodiment of the present invention is to provide such a system for measuring differences in the velocity of acoustic waves inside a pipe.
  • an embodiment of the present invention provides an inspection system comprising: a first transmitter adapted to transmit an acoustic wave train to a first receiver; a second transmitter adapted to emit an acoustic wave train towards an intermediate point of the line segment from the first transmitter to the first receiver; and processing means connected to the first receiver, adapted to detect a phase jump of the wave train from the first transmitter.
  • the processing means are further adapted to measure the time interval between a start or end time of reception by the first receiver of the wave train from the first transmitter, and the instant at which said phase jump is observed.
  • the phase jump results from interference produced at said point, by the wave train from the second transmitter, on the wave train from the first receiver.
  • this system further comprises a second receiver arranged so that said point is on the line segment from the second transmitter to the second receiver, the processing means being connected to the second receiver and being adapted to detect a phase jump of the wave train from the second transmitter.
  • the first and second transmitters transmit at the same time and at the same frequency.
  • this frequency is variable in steps.
  • the first and second transmitters emit in phase and at the same amplitude.
  • the first and second emitters, and the first receiver are adapted to be placed on the outer walls of a pipe, said point being located inside the pipe.
  • the processing means comprise a filter module, a phase extraction module, and a derivation module.
  • Another embodiment of the present invention provides a method of using a system of the aforementioned type, comprising the following steps: a) transmitting simultaneously from the first and second transmitters, first and second wave trains of the same frequency ; b) measuring the time interval between a start or end time of reception by the first receiver of the train of wave coming from the first transmitter, and a moment at which a phase jump of the train of wave coming from the first emitter, said phase jump resulting from the interference produced at said point, by the second wave train, on the first wave train; and c) deriving the difference between the average velocity of acoustic waves between the first emitter and said point, and the average velocity of the acoustic waves between the second emitter and said point.
  • the velocity difference measurement is repeated in several planes and for several points of each plane, so as to determine a three-dimensional velocity field of the monitored volume.
  • FIG. 1 is a sectional view, in a longitudinal plane, of a section of a pipe in which circulates a fluid, on which is mounted a non-intrusive inspection system according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 2A to 2C are timing diagrams showing the evolution of acoustic wave characteristics transmitted and received by elements of the inspection system of FIG. 1, illustrating a mode of operation of this system;
  • 3A to 3C are timing diagrams showing the evolution of the wave characteristics acous ⁇ ticks issued and received by the elements of the inspection system of Figure 1, illustrating another mode of operation of this system.
  • the applicant proposes a non-intrusive system capable of measuring a difference in the velocity of an acoustic wave between two distinct points of the wall of a segment of pipe under surveillance, and a common point inside the pipe. This is an improvement over the usual systems that are likely to measure celerities only between points of the wall of the pipe.
  • Figure 1 is a sectional view, in a longitudinal plane, of a section 1 of a pipe carrying a fluid.
  • the pipe is shown in a substantially horizontal position, and an arrow 3 indicates the general flow direction of the fluid.
  • On the section 1, is mounted an embodiment of a non-intrusive inspection system by emission-reception of acoustic waves.
  • acoustic waves are sound waves or ultrasound, for example with a frequency between 100 Hz and 10 MHz.
  • the proposed inspection system includes a first transmitter El and a first receiver RI, positioned on the outer wall of the pipe.
  • the receiver RI is located on one side of the pipeline opposite to the transmitter El, that is to say that the line segment SI from the transmitter El to the receiver RI passes through the inside of the pipe.
  • the transmitter El is located at an upstream point of the pipe with respect to the receiver RI.
  • the transmitter El is adapted to emit an acoustic wave towards the receiver RI.
  • the transmitter is for example adapted to emit a substantially uni ⁇ directional wave, and is directed towards the IR receiver.
  • the inspection system further comprises a second emitter E2 and a second receiver R2, positioned on the outer wall of the pipe.
  • the receiver R2 is positioned on one side of the pipe opposite the emitter E2 and so that the line segment S2 from the emitter E2 to the receiver R2 intersects the line segment SI at a point I located at inside the pipeline.
  • the transmitter E2 is placed upstream, substantially at the same level as the transmitter El, and the receiver R2 is placed downstream, substantially at the same level as the receiver RI.
  • the emitter E2 is adapted to emit an acoustic wave towards the receiver R2.
  • the emitter E2 is for example adapted to emit a substantially unidirectional wave, and is directed towards the receiver R2.
  • FIGS. 2A to 2C are timing diagrams illustrating the operating principle of the inspection system of FIG. 1. They represent acoustic waves emitted by the transmitters E1 and E2 and received by the receivers R1 and R2.
  • FIG. 2A is a frequency vs. time curve representing wave trains transmitted simultaneously by the transmitters E1 and E2.
  • the emitters E1 and E2 emit wave trains at a frequency of 1000 kHz, between a time t0 and a time t0 + p.
  • the emission time p is for example of the order of 20 ⁇ 3.
  • the emitters E1 and E2 preferably emit in phase and at the same amplitude.
  • FIG. 2B shows the evolution of the derivative dP j ⁇ ] _ of the phase of the wave train received by the receiver RI from the transmitter El.
  • a signal processing module is provided. 5 ( Figure 1), receiving the signals provided by the receiver RI.
  • This module can implement a noise filtering step, to extract from the set of signals provided by the receiver RI, the train waveform coming directly from the emitter El.
  • the term direct source is understood to mean the wave train having traveled the line segment SI separating the emitter El from the receiver R1, and not a parasitic wave train having transited through indirect paths, for example by the walls of the pipeline.
  • a step of extracting the phase of the filtered signal can then be provided, followed by a step of deriving the phase, producing the signal dP j ⁇ ] _.
  • the signal dP j ⁇ ] _ is analyzed between a time t1, at which the wave train emitted by the transmitter El reaches the receiver RI, and a time tl + Tp, of end of reception of the wave train. It will be noted that the difference tl - t0 corresponds to the time taken by the wave to traverse the line segment SI, from which the system can deduce the average speed of the wave between El and RI.
  • FIG. 2C represents the evolution of the derivative dP 2 of the phase of the wave train received by the receiver R2 coming from the emitter E 2.
  • the signal processing module 5 FIG. 1
  • the signal dP ⁇ 2 is analyzed between a time t2, at which the wave train emitted by the transmitter E2 reaches the receiver R2, and a time t2 + Tp, the end of reception of the wave train. It will be noted that the difference t2 - t0 corresponds to the time taken by the wave to traverse the line segment S2, from which the system can deduce the mean velocity of the wave between the emitter E2 and the receiver R2.
  • a peak 21c is observed in signal dPR2, corresponding to a phase jump of the wave train from emitter E2. It is expected to detect this peak which corresponds to the end of the interference produced at point I, by the wave train from the transmitter El, on the wave train from the emitter E2.
  • the emission duration Tp can easily be chosen, depending on the geometry of the system and the nature of the fluid contained in the pipe, so that there is no ambiguity as to whether the peaks 21b and 21c correspond to times of beginning or end of the interference, or in other words, whether the difference in speed c - c2 is positive or negative.
  • both of the receivers R1 and R2 make it possible to measure the advance or the delay with which the wave train coming from the emitter E2 reaches the point I with respect to the wave train. From the transmitter El.
  • the receiver R2 is therefore optional, and a minimalist inspection system may be provided comprising only the emitters E1 and E2, and the receiver R1.
  • the prediction of the R2 receptor has several advantages.
  • this receiver makes it possible to confirm the measurement made from the RI receiver.
  • it measures the average velocity of the wave on the line segment S2.
  • the proposed system has the advantage of allowing more advanced forms of inspection than conventional systems.
  • the position of the point I can be varied so as to scan the volume under surveillance. It will thus be possible, for example, to reconstruct a three-dimensional profile of the celestialities of the acoustic waves inside this volume.
  • FIGS. 3A to 3C are timing diagrams illustrating another mode of operation of the inspection system of FIG. 1.
  • FIG. 3A is a frequency vs. time curve representing wave trains transmitted simultaneously by transmitters E1 and E2.
  • the emitters E1 and E2 emit consecutive wave trains whose frequency is incremented in steps.
  • each step has a duration of about 20 ⁇ 3, and the difference in frequency between two successive stages is about 100 kHz.
  • Figure 3B shows the evolution of the derivative dP j ⁇ ] _ of the phase of the signal received by the IR receiver, from the transmitter El.
  • the ICRP signal] _ 31b includes peaks corresponding to the frequency hopping signal from the transmitter El. Shortly after each of the peaks 31b, the signal dP j ⁇ ] _ comprises a peak 33b corresponding to a phase jump of the wave train from the transmitter El. Each peak 33b corresponds at the beginning of the interference produced at point I, by the wave train from the transmitter E2, on the wave train from the transmitter El.
  • the time interval At which separates a peak 31b (frequency hopping) from the next peak 33b (beginning of the interference) corresponds to the delay with which the wave coming from the emitter E2 arrives at point I with respect to the wave from the transmitter El.
  • FIG. 3C represents the evolution of the derivative dP 2 of the phase of the signal received by the receiver R2, originating from the emitter E2.
  • the signal dP ⁇ 2 comprises peaks 31c corresponding to the frequency jumps of the signal coming from the emitter E2. After each of the peaks 31c, and shortly before the next peak 31c, the signal dP ⁇ 2 further comprises a peak 33c corresponding to a phase jump of the wave train from the emitter E2.
  • the time interval At which separates a peak 33c (end of the interference) from the next peak 31c (frequency hopping) corresponds to the delay with which the wave train coming from the emitter E2 ends to cross the point I relative to to the wave train coming from the transmitter El. It is possible to deduce therefrom the difference between the average cummings c1 and c2.
  • Another advantage of this mode of operation is that it has a greater robustness to errors and interference disturbances than the operating mode described in connection with Figure 1, because on the one hand the measurement is repeated several times, and d on the other hand, it is performed for several distinct frequencies.
  • the invention is not restricted to the positioning example of emitters E1 and E2 and the receivers R1 and R2 shown in Figure 1.
  • the proposed inspection system comprises a first emitter E1 remote from a first receiver R1, and oriented towards this receiver (that is to say, adapted to emit towards a receiver), and a second emitter E2 adapted to emit a wave along a path intersecting the line segment separating El of RI.
  • the positioning of E1, E2 and R1 can be arbitrary, provided that E2 is not in the axis (E1, R1). If the system includes a second receiver R2, it will be arranged so that point I is on the line segment separating E2 from R2.

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Abstract

L'invention concerne un système d'inspection comprenant: un premier émetteur (El) adapté à émettre un train d'onde acoustique en direction d'un premier récepteur (RI); un second émetteur (E2) adapté à émettre un train d'onde acoustique en direction d'un point intermédiaire (I) du segment de droite (SI) allant du premier émetteur (El) au premier récepteur (RI); et des moyens (5) de traitement reliés au premier récepteur (RI), adaptés à déterminer les instants de début ou de fin des interférences produites audit point (I), par le train d'onde en provenance du second émetteur (E2), sur le train d'onde en provenance du premier émetteur (El).

Description

SYSTEME D ' INSPECTION PAR EMISSION-RECEPTION D ' ONDES ACOUSTIQUES
Domaine de 1 ' invention
La présente invention concerne un système d'inspection non intrusif par émission-réception d'ondes acoustiques. Le système proposé sera décrit plus particulièrement en relation avec un exemple d'application à la surveillance de l'écoulement d'un fluide dans un tronçon d'une canalisation. D'autres applications pourront cependant être envisagées.
Exposé de 1 ' art antérieur
On connaît des méthodes non intrusives de mesure du débit d'écoulement d'un fluide dans une canalisation, à l'aide d'ondes ultrasonores. Par non intrusif, on entend qui ne nécessite pas la prévision de capteurs à l'intérieur de la canalisation .
Selon une première méthode, deux dispositifs d'émission-réception sont positionnés sur la paroi extérieure de la canalisation, respectivement en un point amont et en un point aval de la canalisation, le point aval étant situé d'un côté de la canalisation opposé au point amont. Lors d'une première étape, le dispositif amont émet une onde en direction du dispositif aval, et le temps mis par l'onde pour atteindre le dispositif aval est mesuré. Lors d'une seconde étape, le dispositif aval émet une onde en direction du dispositif amont, et le temps mis par l'onde pour atteindre le dispositif amont est mesuré. La différence entre la vitesse de propagation (célérité) de l'onde dans le sens amont vers aval et la vitesse de propagation de l'onde dans le sens aval vers amont permet de déterminer la vitesse moyenne d'écoulement du fluide entre le point amont et le point aval .
Dans une deuxième méthode, on mesure non plus le temps de parcours entre l'émetteur et le récepteur, mais le changement de fréquence de l'onde entre le point amont et le point aval. Ce changement de fréquence est lié à l'effet Doppler qui se produit lorsque l'onde se réfléchit et/ou est réémise par des particules ou des bulles d'air en suspension dans le fluide et se déplaçant à la même vitesse que le fluide. On peut en déduire la vitesse moyenne d'écoulement du fluide dans le tronçon de canalisation compris entre le point amont et le point aval.
Ces méthodes ne permettent de mesurer qu'un débit moyen et approximatif de l'écoulement du fluide entre deux points de la paroi de la canalisation. Il existe un besoin pour un système d'inspection non intrusif permettant une observation plus précise des conditions d'écoulement du fluide. Il serait par exemple souhaitable de pouvoir détecter d'éventuelles variations localisées de débit (tourbillons, turbulences, etc.), de température, ou de densité du fluide à l'intérieur de la canalisation .
Résumé
Ainsi, un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un système d'inspection par émission-réception d'ondes acoustiques, palliant au moins en partie certains des inconvénients des systèmes actuels.
Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un système non intrusif permettant d'étudier les conditions d'écoulement d'un fluide dans une canalisation de façon plus précise que les systèmes actuels.
Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un tel système permettant de mesurer des différences de célérité d'ondes acoustiques à l'intérieur d'une canalisation.
Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention prévoit un système d'inspection comprenant : un premier émetteur adapté à émettre un train d'onde acoustique en direction d'un premier récepteur ; un second émetteur adapté à émettre un train d'onde acoustique en direction d'un point intermédiaire du segment de droite allant du premier émetteur au premier récepteur ; et des moyens de traitement reliés au premier récepteur, adaptés à détecter un saut de phase du train d'onde en provenance du premier émetteur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les moyens de traitement sont en outre adaptés à mesurer 1 ' intervalle de temps entre un instant de début ou de fin de réception par le premier récepteur du train d'onde en provenance du premier émetteur, et l'instant auquel est observé ledit saut de phase.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le saut de phase résulte d'interférences produites audit point, par le train d'onde en provenance du second émetteur, sur le train d'onde en provenance du premier récepteur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ce système comprend en outre un second récepteur disposé de façon que ledit point se situe sur le segment de droite allant du second émetteur au second récepteur, les moyens de traitement étant reliés au second récepteur et étant adaptés à détecter un saut de phase du train d'onde en provenance du second émetteur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, en fonctionnement, les premier et second émetteurs émettent en même temps et à la même fréquence.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, cette fréquence est variable par paliers.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, en fonctionnement, les premier et second émetteurs émettent en phase et à la même amplitude. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les premier et second émetteurs, et le premier récepteur sont adaptés à être placés sur les parois extérieures d'une canalisation, ledit point étant situé à l'intérieur de la canalisation.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les moyens de traitement comprennent un module de filtrage, un module d'extraction de phase, et un module de dérivation.
Un autre mode de réalisation de la présente invention prévoit un procédé d'utilisation d'un système du type susmentionné, comprenant les étapes suivantes : a) émettre simultanément depuis les premier et second émetteurs, des premier et second trains d'ondes de même fréquence ; b) mesurer 1 ' intervalle de temps entre un instant de début ou de fin de réception par le premier récepteur du train d'onde en provenance du premier émetteur, et un instant auquel se produit un saut de phase du train d'onde en provenance du premier émetteur, ledit saut de phase résultant des interférences produites audit point, par le second train d'onde, sur le premier train d'onde ; et c) en déduire la différence entre la célérité moyenne des ondes acoustiques entre le premier émetteur et ledit point, et la célérité moyenne des ondes acoustiques entre le second émetteur et ledit point.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la mesure de différence de célérité est réitérée dans plusieurs plans et pour plusieurs points de chaque plan, de façon à déterminer un champ de célérité en trois dimensions du volume sous surveillance.
Brève description des dessins
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la figure 1 est une vue en coupe, dans un plan longitudinal, d'un tronçon d'une canalisation dans laquelle circule un fluide, sur lequel est monté un système d'inspection non intrusif selon un mode de réalisation de la présente invention ;
les figures 2A à 2C sont des chronogrammes représentant l'évolution des caractéristiques d'ondes acoustiques émises et reçues par des éléments du système d'inspection de la figure 1, illustrant un mode de fonctionnement de ce système ; et
les figures 3A à 3C sont des chronogrammes représentant l'évolution des caractéristiques d'ondes acous¬ tiques émises et reçues par des éléments du système d'inspection de la figure 1, illustrant un autre mode de fonctionnement de ce système .
Description détaillée
Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle.
La demanderesse propose un système non intrusif capable de mesurer une différence de célérité d'une onde acoustique entre deux points distincts de la paroi d'un tronçon de canalisation sous surveillance, et un point commun à l'intérieur de la canalisation. Ceci constitue une amélioration par rapport aux systèmes usuels qui ne sont susceptibles de mesurer des célérités qu'entre des points de la paroi de la canalisation.
La figure 1 est une vue en coupe, dans un plan longitudinal, d'un tronçon 1 d'une canalisation transportant un fluide. La canalisation est représentée en position sensiblement horizontale, et une flèche 3 indique le sens général d'écoulement du fluide. Sur le tronçon 1, est monté un exemple de réalisation d'un système d'inspection non intrusif par émission-réception d'ondes acoustiques. On notera que par ondes acoustiques on entend des ondes sonores ou ultrasonores, par exemple de fréquence comprise entre 100 Hz et 10 MHz. Le système d'inspection proposé comprend un premier émetteur El et un premier récepteur RI, positionnés sur la paroi extérieure de la canalisation. Le récepteur RI est situé d'un côté de la canalisation opposé à l'émetteur El, c'est-à-dire que le segment de droite SI allant de l'émetteur El au récepteur RI passe par l'intérieur de la canalisation. Dans cet exemple, l'émetteur El est situé en un point amont de la canalisation par rapport au récepteur RI. L'émetteur El est adapté à émettre une onde acoustique en direction du récepteur RI. L'émetteur El est par exemple adapté à émettre une onde sensiblement uni¬ directionnelle, et est orienté en direction du récepteur RI.
Le système d'inspection comprend en outre un deuxième émetteur E2 et un deuxième récepteur R2, positionnés sur la paroi extérieure de la canalisation. Le récepteur R2 est positionné d'un côté de la canalisation opposé à l'émetteur E2 et de façon que le segment de droite S2 allant de l'émetteur E2 au récepteur R2 intersecte le segment de droite SI en un point I situé à l'intérieur de la canalisation. Dans cet exemple l'émetteur E2 est placé en amont, sensiblement au même niveau que l'émetteur El, et le récepteur R2 est placé en aval, sensiblement au même niveau que le récepteur RI. L'émetteur E2 est adapté à émettre une onde acoustique en direction du récepteur R2. L'émetteur E2 est par exemple adapté à émettre une onde sensiblement unidirectionnelle, et est orienté en direction du récepteur R2.
On propose ici d'utiliser les phénomènes d'inter¬ férence susceptibles de se produire au point I lorsque les émetteurs El et E2 émettent simultanément, pour mesurer une éventuelle différence entre la célérité moyenne cl des ondes acoustiques entre l'émetteur El et le point I, et la célérité moyenne c2 des ondes acoustiques entre l'émetteur E2 et le point I. Ainsi, on prévoit d'émettre en même temps et à la même fréquence deux trains d'ondes, respectivement depuis l'émetteur El et depuis l'émetteur E2. Comme cela sera expliqué plus en détail ci-après en relation avec les figures 2A à 2C, à partir des signaux reçus par les récepteurs RI et R2, on peut déterminer les instants de début et de fin des interférences que produisent l'un sur l'autre les trains d'ondes à l'intersection I de leurs trajectoires. On peut en déduire la différence entre le temps mis par l'onde en provenance de l'émetteur El pour atteindre le point I et le temps mis par l'onde en provenance de l'émetteur E2 pour atteindre le point I, et donc la différence entre la célérité moyenne cl et la célérité moyenne c2.
De la valeur de la différence entre cl et c2, on pourra déduire diverses informations telles qu'une variation localisée de la température du fluide, de la vitesse d'écoulement du fluide (tourbillons, turbulences, etc.), de la densité du fluide (présence d'un bloc de glace ou d'un corps étranger), etc. Les diverses possibilité d'exploitation des mesures de différences de célérité sont à la portée de l'homme de l'art et ne feront pas l'objet d'explications plus détaillée dans la présente description.
Les figures 2A à 2C sont des chronogrammes illustrant le principe de fonctionnement du système d'inspection de la figure 1. Ils représentent des d'ondes acoustiques émises par les émetteurs El et E2 et reçues par les récepteurs RI et R2.
La figure 2A est une courbe de fréquence en fonction du temps, représentant des trains d'ondes émis simultanément par les émetteurs El et E2. Dans cet exemple, les émetteurs El et E2 émettent des trains d'ondes à une fréquence de 1000 kHz, entre un instant tO et un instant tO + p. La durée d'émission p est par exemple de l'ordre de 20 μ3. Les émetteurs El et E2 émettent de préférence en phase et à la même amplitude.
La figure 2B représente l'évolution de la dérivée dPj^]_ de la phase du train d'onde reçu par le récepteur RI en provenance de l'émetteur El. Pour extraire cette dérivée, il est prévu un module de traitement de signal 5 (figure 1) , recevant les signaux fournis par le récepteur RI. Ce module pourra mettre en oeuvre une étape de filtrage du bruit, pour extraire de l'ensemble des signaux fournis par le récepteur RI, le train d'onde en provenance directe de l'émetteur El. On entend par provenance directe le train d'onde ayant parcouru le segment de droite SI séparant l'émetteur El du récepteur RI, et non pas un train d'onde parasite ayant transité par des chemins indirects, par exemple par les parois de la canalisation. Une étape d'extraction de la phase du signal filtré pourra alors être prévue, suivie d'une étape de dérivation de la phase, produisant le signal dPj^]_ .
Le signal dPj^]_ est analysé entre un instant tl, auquel le train d'onde émis par l'émetteur El atteint le récepteur RI, et un instant tl + Tp, de fin de réception du train d'onde. On notera que la différence tl - tO correspond au temps mis par l'onde pour parcourir le segment de droite SI, duquel le système peut déduire la célérité moyenne de l'onde entre El et RI.
A un instant ts^ar^r postérieur à l'instant tl mais proche de tl, on observe un pic 21b dans le signal dPj^]_, correspondant à un saut de phase du train d'onde en provenance de l'émetteur El. On prévoit de détecter ce pic qui correspond au commencement des interférences produites au point I, par le train d'onde en provenance de l'émetteur E2 sur le train d'onde en provenance de l'émetteur El. La différence At = ts-|-ar-|- — tl correspond au retard avec lequel l'onde émise par l'émetteur E2 arrive au point I par rapport à l'onde émise par l'émetteur El. On peut en déduire que la célérité moyenne cl est supérieure à la célérité moyenne c2, et la valeur de la différence cl - c2.
La figure 2C représente l'évolution de la dérivée dP^2 de la phase du train d'onde reçu par le récepteur R2 en provenance de l'émetteur E2. Pour extraire cette dérivée, on prévoit d'utiliser le module de traitement de signal 5 (figure 1), ce module recevant les signaux fournis par le récepteur R2.
Le signal dP^2 est analysé entre un instant t2, auquel le train d'onde émis par l'émetteur E2 atteint le récepteur R2, et un instant t2 + Tp, de fin de réception du train d'onde. On notera que la différence t2 - tO correspond au temps mis par l'onde pour parcourir le segment de droite S2, duquel le système peut déduire la célérité moyenne de l'onde entre l'émetteur E2 et le récepteur R2.
A un instant tenc[, antérieur à l'instant t2 + p mais proche t2 + p, on observe un pic 21c dans le signal dPR2, correspondant à un saut de phase du train d'onde en provenance de l'émetteur E2. On prévoit de détecter ce pic qui correspond à la fin des interférences produites au point I, par le train d'onde en provenance de l'émetteur El, sur le train d'onde en provenance de l'émetteur E2. La différence At = t2 + Tp - tenc[ correspond au retard avec lequel le train d'onde en provenance de l'émetteur E2 termine de franchir le point I par rapport au train d'onde en provenance de l'émetteur El. On peut en déduire que la célérité moyenne cl est supérieure à la célérité moyenne c2, et la valeur de la différence cl - c2.
La durée d'émission Tp pourra facilement être choisie, en fonction de la géométrie du système et de la nature du fluide contenu dans la canalisation, de façon qu'il n'y ait pas d'ambiguïté sur la question de savoir si les pics 21b et 21c correspondent à des instants de début ou de fin des interférences, ou en d'autres termes, sur la question de savoir si la différence de célérité cl - c2 est positive ou négative.
On remarquera que l'un et l'autre des récepteurs RI et R2 permettent de mesurer 1 ' avance ou le retard avec lequel le train d'onde en provenance de l'émetteur E2 atteint le point I par rapport au train d'onde en provenance de l'émetteur El. Le récepteur R2 est donc facultatif, et on pourra prévoir un système d'inspection minimaliste ne comportant que les émetteurs El et E2, et le récepteur RI.
La prévision du récepteur R2 présente toutefois plusieurs avantages. En particulier, ce récepteur permet de confirmer la mesure faite à partir du récepteur RI. En outre, il permet de mesurer la célérité moyenne de l'onde sur le segment de droite S2.
Le système proposé présente 1 ' avantage de permettre des formes d'inspection plus poussées que les systèmes usuels. En particulier, en faisant varier l'orientation et/ou la position des émetteurs et des récepteurs, on pourra faire varier la position du point I de façon à balayer le volume sous surveillance. On pourra ainsi par exemple reconstituer un profil en trois dimensions des célérités des ondes acoustiques à l'intérieur de ce volume.
Les figures 3A à 3C sont des chronogrammes illustrant un autre mode de fonctionnement du système d'inspection de la figure 1.
La figure 3A est une courbe de fréquence en fonction du temps représentant des trains d'ondes émis simultanément par les émetteurs El et E2. Dans ce mode de fonctionnement, les émetteurs El et E2 émettent des trains d'ondes consécutifs dont la fréquence est incrémentée par paliers. Dans cet exemple, chaque palier a une durée de l'ordre d'environ 20 μ3, et la différence de fréquence entre deux paliers successifs est d'environ 100 kHz.
La figure 3B représente l'évolution de la dérivée dPj^]_ de la phase du signal reçu par le récepteur RI, en provenance de l'émetteur El. Le signal CIPR]_ comprend des pics 31b, correspondant aux sauts de fréquence du signal en provenance de l'émetteur El. Peu après chacun des pics 31b, le signal dPj^]_ comprend un pic 33b correspondant à un saut de phase du train d'onde en provenance de l'émetteur El. Chaque pic 33b correspond au commencement des interférences produites au point I, par le train d'onde en provenance de l'émetteur E2, sur le train d'onde en provenance de l'émetteur El.
L'intervalle de temps At qui sépare un pic 31b (saut de fréquence) du pic 33b suivant (début des interférences) correspond au retard avec lequel l'onde en provenance de l'émetteur E2 arrive au point I par rapport à l'onde en provenance de l'émetteur El. On peut en déduire la différence entre les célérités moyennes cl et c2.
La figure 3C représente l'évolution de la dérivée dP^2 de la phase du signal reçu par le récepteur R2, en provenance de l'émetteur E2. Le signal dP^2 comprend des pics 31c, correspondant aux sauts de fréquence du signal en provenance de l'émetteur E2. Après chacun des pics 31c, et peu avant le pic 31c suivant, le signal dP^2 comprend en outre un pic 33c, correspondant à un saut de phase du train d'onde en provenance de 1 ' émetteur E2.
L'intervalle de temps At qui sépare un pic 33c (fin des interférences) du pic 31c suivant (saut de fréquence) correspond au retard avec lequel le train d'onde en provenance de l'émetteur E2 termine de franchir le point I par rapport au train d'onde en provenance de l'émetteur El. On peut en déduire la différence entre les célérités moyennes cl et c2.
Un avantage de ce mode de fonctionnement et que la différence de célérité cl - c2 peut être déduite des seuls signaux reçus par les récepteurs RI et R2 (ou par l'un d'entre eux seulement) . En effet, les pics 31b et 31c correspondant aux sauts de fréquence des trains d'ondes en provenance des émetteurs El et E2 fournissent des références temporelles au module 5 de traitement des signaux reçus par RI et R2. Il n'est donc pas nécessaire de synchroniser ce module avec les émetteurs El et E2, si ce n'est pour estimer la célérité moyenne des ondes sur le trajet complet El-Rl ou E2-R2.
Un autre avantage de ce mode de fonctionnement est qu'il présente une plus grande robustesse aux erreurs et aux perturbations parasites que le mode de fonctionnement décrit en relation avec la figure 1, car d'une part la mesure est répétée plusieurs fois, et d'autre part elle est effectuée pour plusieurs fréquences distinctes.
En outre, du fait de l'incrémentation par paliers du signal émis, on obtient un signal large bande avec de bonnes propriétés de corrélation, ce qui permet d'estimer avec précision la célérité moyenne des ondes sur les trajets El-Rl et E2-R2. Des modes de réalisation particuliers de la présente invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art.
En particulier, d'autres modes de fonctionnements pourront être envisagés, dans lesquels d'autres formes d'ondes pourront être émises depuis les émetteurs El et E2.
De plus, l'invention ne se restreint à l'exemple de positionnement des émetteurs El et E2 et des récepteurs RI et R2 représenté sur la figure 1. L'homme de l'art saura prévoir tout autre positionnement adapté. De façon générale, le système d'inspection proposé comprend un premier émetteur El à distance d'un premier récepteur RI, et orienté en direction de ce récepteur (c'est-à-dire adapté à émettre en direction de récepteur) , et un second émetteur E2 adapté à émettre une onde selon une trajectoire coupant le segment de droite séparant El de RI. Le positionnement de El, E2 et RI pourra être quelconque, sous réserve que E2 ne se trouve pas dans l'axe (El, RI). Si le système comprend un deuxième récepteur R2, ce dernier sera disposé de façon que le point I se situe sur le segment de droite séparant E2 de R2.
Par ailleurs, l'homme de l'art saura mettre en oeuvre tous moyens adaptés, autres que ceux décrits ci-dessus, pour détecter les instants de début et de fin des interférences que produisent l'un sur l'autre, au point I, les signaux émis par El et E2, et en déduire le retard ou l'avance avec laquelle l'onde émise par E2 franchit le point I par rapport à 1 ' onde émise par El.
De plus, on a décrit ci-dessus des exemples de systèmes comprenant 3 ou 4 dispositifs d'émission et/ou de réception disposés dans un même plan. L'homme de l'art saura prévoir de reproduire ce système dans plusieurs plans distincts, en multipliant le nombre d'émetteurs et de récepteurs, de façon à augmenter les possibilités d'inspection et de surveillance. On pourra aussi prévoir des émetteurs et/ou récepteurs orientables et déplaçables à l'aide de moteurs contrôlables à distance. En outre, le principe de fonctionnement du système d'inspection selon la présente invention a été décrit essentiellement en relation avec un exemple d'application à la surveillance d'une canalisation. D'autres applications pourront être envisagées. On pourra notamment utiliser la présente invention pour l'étude de cours d'eaux tels que des fleuves, des rivières ou des courants marins, par exemple en utilisant des ondes basse fréquence. On pourra aussi utiliser un tel système pour l'inspection de volumes solides, par exemple pour détecter des hétérogénéités ou des différences de températures dans des éléments de construction ou dans toute autre structure.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'inspection comprenant :
un premier émetteur (El) adapté à émettre un train d'onde acoustique en direction d'un premier récepteur (RI) ;
un second émetteur (E2) adapté à émettre un train d'onde acoustique en direction d'un point intermédiaire (I) du segment de droite (SI) allant du premier émetteur (El) au premier récepteur (RI) ; et
des moyens (5) de traitement reliés au premier récepteur (RI) , adaptés à détecter un saut de phase (21b ; 33b) du train d'onde en provenance du premier émetteur (El).
2. Système selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens (5) de traitement sont en outre adaptés à mesurer l'intervalle de temps (At) entre un instant de début (tl) ou de fin (tl + Tp) de réception par le premier récepteur (RI) du train d'onde en provenance du premier émetteur (El), et l'instant (tg^art' ^end) auquel est observé ledit saut de phase (21b ; 33b) .
3. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit saut de phase résulte d'interférences produites audit point (I), par le train d'onde en provenance du second émetteur (E2) , sur le train d'onde en provenance du premier récepteur (El) .
4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre un second récepteur (R2) disposé de façon que ledit point (I) se situe sur le segment de droite (S2) allant du second émetteur (E2) au second récepteur (R2) , dans lequel lesdits moyens (5) sont reliés au second récepteur (R2) et sont adaptés à détecter un saut de phase (21c ; 33c) du train d'onde en provenance du second émetteur (E2) .
5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel, en fonctionnement, les premier (El) et second (E2) émetteurs émettent en même temps et à la même fréquence.
6. Système selon la revendication 5, dans lequel ladite fréquence est variable par paliers.
7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel, en fonctionnement, les premier (El) et second (E2) émetteurs émettent en phase et à la même amplitude.
8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les premier (El) et second (E2) émetteurs, et le premier récepteur (RI) sont adaptés à être placés sur les parois extérieures d'une canalisation, ledit point (I) étant situé à l'intérieur de la canalisation.
9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel lesdits moyens (5) de traitement comprennent un module de filtrage, un module d'extraction de phase, et un module de dérivation.
10. Procédé d'utilisation d'un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant les étapes suivantes :
a) émettre simultanément depuis les premier (El) et second (E2) émetteurs, des premier et second trains d'ondes de même fréquence ;
b) mesurer l'intervalle de temps (At) entre un instant de début (tl) ou de fin (tl + Tp) de réception par le premier récepteur (RI) du train d'onde en provenance du premier émetteur (El) , et un instant (tgtart' tenc[) auquel se produit un saut de phase (21b ; 33b) du train d'onde en provenance du premier émetteur (El), ledit saut de phase résultant des interférences produites audit point (I), par le second train d'onde, sur le premier train d'onde ; et
c) en déduire la différence entre la célérité moyenne (cl) des ondes acoustiques entre le premier émetteur (El) et ledit point (I) , et la célérité moyenne (c2) des ondes acoustiques entre le second émetteur (E2) et ledit point (I) .
11. Procédé d'utilisation selon la revendication 10, dans lequel la mesure de différence de célérité est réitérée dans plusieurs plans et pour plusieurs points (I) de chaque plan, de façon à déterminer un champ de célérité en trois dimensions du volume sous surveillance.
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