WO2013050417A1 - Procédé de détermination sans contact de l'épaisseur d'un échantillon, système correspondant - Google Patents
Procédé de détermination sans contact de l'épaisseur d'un échantillon, système correspondant Download PDFInfo
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Definitions
- the present invention relates to a method for measuring the thickness of a sample.
- Thickness is an essential characteristic of a sample.
- the known techniques depend on the sample (shape, material, etc.), its environment and the conditions of the measurement.
- the simplest known techniques are to use mechanical techniques, using a sensor type probe. They have the advantage of being reliable, robust and simple to implement, but they have the disadvantage of being slow.
- optical techniques have developed a lot since the appearance of lasers in the 1960s. They use the measurement of interference or optical path. They are precise and fast, but are reserved for transparent materials at the wavelengths of the optical source.
- Foucault is the most widespread. It consists in approaching a coil traversed by an alternating current of the surface whose thickness is measure. The magnetic field thus created produces a current density in the thickness of the material which, in turn, causes a variation of the impedance in a secondary coil, which variation depends on the thickness.
- This known technique requires that the material be metallic and that a calibration is performed. The measurement range depends on the electrical conductivity of the material:
- - is limited to metallic materials
- ultrasonic measurement It consists in producing an ultrasonic wave in the material, and measuring the time between the emission and the reflection at the interfaces. This time will obviously depend on the distance traveled (thickness to be measured) and the speed of sound in the material (obtained by calibration).
- This technique is simple to implement, inexpensive and robust, but requires, like eddy currents, a calibration. It is limited materials with good acoustic impedance and whose thickness is not too low. Moreover, it does not make it possible to measure the thickness at a distance, except to considerably complicate the measurement system, for example by using a laser to create the acoustic wave.
- thermal response of the sample will vary. This rise in temperature will depend on many characteristics of the sample including, in particular:
- FR 2 863 048 for example describes a system for measuring the thickness of a plastic sample. But again, it is necessary to have a calibration prior to measurement.
- the invention proposes to overcome at least one of these disadvantages.
- the invention proposes a method for measuring a thickness ⁇ of a sample, characterized in that it comprises the steps according to which a source of a heating radiation beam excites the sample periodically at a frequency, to obtain periodic thermal excitation of the sample;
- a sensor measures a periodic thermal response of the sample, in response to periodic thermal excitation
- a processor determines a phase difference between the periodic thermal excitation and the periodic thermal response
- the source exciting the sample for a plurality of frequencies and the processor determining a phase shift for each frequency, and thereby determining a plurality of phase shifts;
- r0 is the radius of the heating radiation beam
- g a function that depends on the type of heating radiation beam.
- the function g is of the polynomial type, the coefficients of the polynomial being a function of the type of heating radiation beam;
- the processor determines the thickness ⁇ of the sample, in ⁇ , by the formula:
- ⁇ ⁇ ( ⁇ , 227 -9 mm 3 + 57.856-cm 2 + 5688.2. (P mm + 20862 ⁇ ) where r0 is the radius of the heating radiation beam, in mm;
- the processor determines the thickness ⁇ of the sample, in ⁇ , by the formula:
- r0 is the radius of the heating radiation beam, in mm
- the source excites the sample periodically sinusoidally
- the invention also relates to a system for implementing the method.
- the invention has many advantages.
- the invention allows a thickness measurement of a homogeneous material, non-destructively, remotely, without calibration and independently of the physical characteristics of the material.
- the method according to the invention makes it possible to determine the thickness of a sample without knowing its thermal conductivity, its heat capacity or its density.
- the sample may be of any shape, for example a tube or a plate, and any homogeneous material, and therefore does not necessarily have particular characteristics of electrical conductivity and / or magnetic, optical transparency or acoustic impedance.
- the method can be advantageously entirely optical and without contact, and the medium in which the sample is placed can be
- One of the conditions of the measurement is that the sample must be in a fluid or placed on a thermally insensitive substrate or, more precisely, be surrounded by a transparent medium that has an effusivity (effusivity is a quantity that accounts for the ability of a body or medium to change temperature when it receives a supply of thermal energy and is expressed in Ws 0 5 / m 2 .K ) much lower than that of the sample (for example air).
- effusivity is a quantity that accounts for the ability of a body or medium to change temperature when it receives a supply of thermal energy and is expressed in Ws 0 5 / m 2 .K ) much lower than that of the sample (for example air).
- This condition is not binding, however.
- the measurement of the thickness is fast, and allows in particular a mapping of the sample.
- a matrix detector such as for example a thermal camera.
- the measurement has a high resolution, the unit measurement point being typically less than one millimeter.
- FIG. 1 diagrammatically represents a possible system for implementing a method according to the invention, for a measurement of a thickness of a sample
- FIG. 2 schematically represents main steps of a method for measuring a thickness of a sample according to the invention
- FIG. 3 represents a curve of the surface temperature of the sample subjected to periodic thermal excitation
- FIG. 6 represents a nomogram of the thickness of the sample as a function of the minimum phase shift for different values of the radius of the heating beam;
- FIG. 7 represents the influence of the ratio r 0 / A on the minimum of a phase shift and on sensitivity coefficients, for a sheet 300 ⁇ thick and a thermal diffusivity of 10 "5 m 2 / s
- FIG. 8 represents a Gaussian distribution of the energy in the heating beam
- FIGS. 9A, 9B and 9C show phase shift measurements of the thermal response as a function of the excitation frequency, respectively for samples made of stainless steel, titanium and tungsten.
- FIG. 1 diagrammatically represents a possible system for implementing a method according to the invention, for a measurement of a thickness ⁇ of a sample 1, a process whose main stages are shown diagrammatically in FIG.
- Sample 1 is of any shape, for example a tube or a plate, and may be of any homogeneous material (i.e. non-composite material).
- the material does not have to have characteristics of electrical conductivity and / or magnetic, acoustic impedance or optical transparency particular (it is understood that it must still be absorbent at the excitation wavelength).
- the material may be, for example, non-limiting to stainless steel, aluminum, titanium, tungsten, or an alloy of the aforementioned metals, or carbon.
- Sample 1 must be in a thermally insensitive fluid or placed on a thermally insensitive substrate or, more specifically, be surrounded by a medium, transparent and which has a much lower effusivity than that of the layer (for example the air).
- the ratio of the effusivities between the sample 1 and the low conductive medium must be of the order of 1000.
- the system mainly comprises
- a source 2 of a radiation beam 20 for heating sample 1 (the sample is therefore opaque to the wavelength of the beam used);
- the source 2 may be any source of the beam of radiation capable of heating the sample 1.
- the source 2 may be a laser or a laser diode, for example emitting in the near infrared, which is a range of wavelengths well absorbed by most of the samples of interest, in particular metallic .
- the distribution of the energy E (r) in the beam 20 may be for example:
- E (r) 1, 0 ⁇ r ⁇ r0 and the amplitude of the power of the source 2 is adjustable: for example between a few milliwatts and a few tens of watts depending on the sample 1.
- the average power required to heat a sample For a radius r0 of a beam 20 equal to 2 mm, the average power required to heat a sample:
- - copper is equal to 2800W.
- the source 2 is modulated to excite the sample 1 periodically, for example sinusoidally.
- the modulation can be generated by a system external to the source 2, for example a mechanical chopper (called chopper in English) if the source 2 is continuous.
- the sample 1 In response to the excitation, the sample 1 has a thermal response, the sensor 3 being adapted to measure the thermal response.
- the sensitivity peak of the sensor 3 depends on the temperature at which the measurement is made.
- the thermal response of the sample 1 may thus be, without limitation:
- a variation of the emissivity of the sample that is to say the ratio between the energy that it radiates and that which a black body would radiate at the same temperature, ratio between 0 and 1;
- a variation in luminance that is to say in the luminous intensity calculated with respect to a given surface (m 2 ), generally expressed in candela per square meter (cd / m 2 );
- the senor may be an optical or acoustic sensor.
- FIG. 1 which is not limiting, describes an optical sensor 3 measuring a thermal response consisting of a variation of the luminance of the sample 1.
- the sensor 3 is thus a sensor HgCdZnTe, sensitive between 2 and 1 1 ⁇ (mid-infrared), because the measurements are made for temperatures between 20 ° C and a few hundred degrees Celsius (typically 200 ° C).
- the sensor 3 is a sensor of the VIGO mark with a spectral band of 3-1 1 ⁇ with a response time of 7 ns.
- the processor 4 conventionally comprises all memory, processing and calculation means for implementing a method according to the invention. It may in particular comprise a synchronous detection amplifier, known per se by those skilled in the art, for measuring a phase shift, as will be seen in more detail later in this description. Other computer means that the synchronous detection amplifier are of course possible.
- the processor 4 is connected on the one hand to the sensor 3 and on the other hand to an auxiliary sensor. , directly observing the excitation of the sample 1.
- the sensor 5 is advantageously a silicon photodiode. Direct observation of the excitation of the sample 1 by the auxiliary sensor 5 makes it possible to avoid having to take into account a parasitic phase shift due to the source 2 in the calculations for measuring the thickness.
- the aforementioned parasitic phase shift may for example be due to
- the processor 4 can also be connected to the source and not to an auxiliary sensor if the phase shift due to the source 2 is taken into account in the calculations for measuring the thickness.
- the source 2 excites the sample 1 periodically through the beam 20, to obtain a periodic thermal excitation of the sample 1, by heating.
- the excitation periodically takes place, for example, in a sinusoidal manner, but can also be a periodic excitation, for example in square or other.
- the curve C1 of FIG. 3 is drawn for an excitation frequency f of one second, for example.
- the sensor 3 measures a periodic thermal response of the sample 1, in response to the periodic thermal excitation.
- the thermal response is for example here the variation of the luminance of the sample due to the temperature variation of the sample 1.
- the processor 4 determines experimentally a phase shift ⁇ between the periodic thermal excitation and the periodic thermal response, that is to say the difference for example between a vertex of the curve C1 and a corresponding vertex of curve C2.
- the source 2 excites the sample 1 for a plurality of frequencies f (typically about fifteen frequencies, the frequencies being for example between 1 Hz and 10 kHz, depending on the sample 1) and the processor 4 determines a phase shift for each excitation frequency f, and thus determining a plurality of phase shifts ⁇ .
- frequencies f typically about fifteen frequencies, the frequencies being for example between 1 Hz and 10 kHz, depending on the sample 1
- the processor 4 determines a phase shift for each excitation frequency f, and thus determining a plurality of phase shifts ⁇ .
- the processor 4 determines a minimum (p min of the phase shift ⁇ by the plurality of phase shifts thus determined.)
- the interpolation method of ⁇ , TM from the plurality of phase shifts determined by the processor 4, and used to get the minimum (p min , is known to those skilled in the art, for example a polynomial interpolation or other.
- the determination of p mtn is important for the determination of the thickness ⁇ .
- FIG. 4 shows the curve of the phase cp (f), with the equation (E1), known to those skilled in the art:
- thermophysical samples 1 1.
- Each sensitivity coefficient X indicates how the phase ⁇ is modified for a given relative variation of the parameter ⁇ . It can be understood that a parameter ⁇ can only be identified if the phase ⁇ is sensitive to its variation.
- FIG. 4 also traces the sensitivity coefficients X for the following parameters:
- the curves of FIG. 4 have thus been produced with different numerical values of the thermal diffusivity of the sample, for example, that is to say the physical quantity which characterizes the capacity of the sample to transmit the heat of a sample. point to another of it by conduction; the thermal diffusivity is equal to the ratio of the thermal conductivity on the heat capacity volume, and is expressed in m 2 / s and is generally noted a.
- the thermal diffusivity takes the values 0.1 ⁇ 10 -5 m 2 / s (FIG. 4 (a)), 1 ⁇ 10 -5 m 2 / s (FIG. 4 (b) and 10 ⁇ 10 -5 m 2 / s ( Figure 4 (c)).
- the excitation frequency giving the minimum (p min and its absolute value varies according to the shape of the beam (for a distribution of energy in the respectively circular, Gaussian or uniform beam), but remain independent of the diffusivity (because the sensitivities Xcp, kc and Xcp, ccpc corresponded are non-zero).
- the curves of FIG. 6 are obtained numerically, but it is possible to find, also during the aforementioned preliminary step, an analytic function g which approximates one of the said curves obtained numerically, as shown by the dotted curve of FIG. example of a polynomial approximation of degree 3 to approximate the curve drawn for rO equal to 10 mm).
- g is a function which depends on the type of heating radiation beam.
- the function g can take any form of analytical approximation for one of the curves of FIG.
- the function g is of the polynomial type (see FIG. 6), the coefficients of the polynomial being a function of the type of heating radiation beam.
- the degree of the polynomial can be arbitrary (the greater the ratio rO / ⁇ is, the more the use of a polynomial of high degree is necessary to obtain a good precision), for example 5, 4 or 3.
- the quadruplet ( ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ ) is a function of the type of beam heating radiation, ⁇ being expressed in ⁇ and rO in mm.
- ⁇ being expressed in ⁇ and rO in mm.
- the heating radiation beam is of the Gaussian type, and as shown in FIG. 6, g is given by the formula:
- the heating radiation beam 20 is of the uniform type:
- the determination of the approximate function g of one of the curves of FIG. 6 is carried out during a preliminary step in the course of the process (for example before step S1), but does not correspond to a calibration step with respect to the sample as in the prior art.
- the processor 4 can then then determine, during step S5, the thickness ⁇ of the sample 1 by a formula of the type:
- the processor 4 determines, during step S5, the thickness ⁇ of the sample 1, in ⁇ , by the formula:
- ⁇ ⁇ ( ⁇ , 227 -9 mm 3 + 57.856-cm 2 + 5688.2. (P mm + 20862 ⁇ ) where r0 is the radius of the heating radiation beam, in mm.
- the processor 4 determines the thickness ⁇ of the sample 1, in ⁇ , by the formula:
- r0 is the radius of the heating radiation beam, in mm.
- the precision obtained on the measurement of the thickness ⁇ is between 2% and 10%, with a value generally comprised around 5%.
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Abstract
L'invention concerne un procédé de mesure d'une épaisseur Δ d'un échantillon (1), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes selon lesquelles - une source (2) d'un faisceau (20) de rayonnement de chauffage excite (S1) l'échantillon (1) de manière périodique à une fréquence (f), pour obtenir une excitation thermique périodique de l'échantillon (1); - un capteur (3) mesure (S2) une réponse thermique périodique de l'échantillon, en réponse à l'excitation thermique périodique; - un processeur (4) détermine (S3) un déphasage (φ) entre l'excitation thermique périodique et la réponse thermique périodique; la source (2) excitant l'échantillon pour une pluralité de fréquences (f) et le processeur (4) déterminant un déphasage pour chaque fréquence (f), et déterminant ainsi une pluralité de déphasages (φ); - le processeur (4) - détermine (S4) un minimum φmin du déphasage (φ) grâce à la pluralité de déphasages ainsi déterminée, et - détermine (S5) l'épaisseur Δ de l'échantillon (1) par une formule du type : Δ = r0*g(φmin) où r0 est le rayon du faisceau de rayonnement de chauffage, et g une fonction qui dépend du type de faisceau (20) de rayonnement de chauffage. L'invention concerne également un système de mise en œuvre du procédé.
Description
PROCEDE DE DETERMINATION SANS CONTACT DE L'EPAISSEUR D'UN ECHANTILLON. SYSTEME CORRESPONDANT
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
La présente invention concerne un procédé de mesure de l'épaisseur d'un échantillon.
Elle concerne également un système de mise en œuvre du procédé. ETAT DE L'ART
L'épaisseur est une caractéristique essentielle d'un échantillon.
On connaît de très nombreuses techniques de mesures de l'épaisseur d'un échantillon.
Les techniques connues dépendent de l'échantillon (forme, matériau, etc.), de son environnement et des conditions de la mesure.
Les techniques connues les plus simples consistent à utiliser des techniques mécaniques, utilisant un capteur du type palpeur. Elles ont l'avantage d'être fiables, robustes et simples à mettre en œuvre, mais elles ont l'inconvénient d'être lentes.
Les techniques optiques connues se sont beaucoup développées depuis l'apparition des lasers dans les années 1960. Elles font appel à la mesure d'interférence ou de chemin optique. Elles sont précises et rapides, mais sont réservées aux matériaux transparents aux longueurs d'onde de la source optique.
Il existe également des techniques électriques, par exemple des mesures de résistivité ou de courants induits par un champ magnétique. Elles sont précises, rapides et relativement simples à mettre en œuvre, mais elles nécessitent une calibration (calibration qui doit en général être effectuée pour chaque type de conditions de mesure) et sont réservées aux matériaux présentant des caractéristiques de conductivité électrique, voire magnétique adéquates.
Parmi les techniques électriques, la mesure des courants de
Foucault est la plus répandue. Elle consiste à approcher une bobine parcourue par un courant alternatif de la surface dont l'épaisseur est à
mesurer. Le champ magnétique ainsi créé produit une densité de courant dans l'épaisseur du matériau qui, à son tour, provoque une variation de l'impédance dans une bobine secondaire, variation qui dépend de l'épaisseur. Cette technique connue nécessite que le matériau soit métallique et qu'un étalonnage soit réalisé. La gamme de mesure dépend de la conductivité électrique du matériau :
- plus celle-ci sera grande, moins l'épaisseur mesurable sera importante ;
- à l'inverse, pour les matériaux peu conducteurs, la question de la résolution se pose, partiellement compensée par l'utilisation d'une haute fréquence de modulation du courant excitateur.
De plus, la relation entre force électromagnétique et épaisseur est non- linéaire et son analyse nécessite une modélisation numérique quelque peu complexe. Enfin, pour effectuer une cartographie de l'épaisseur, la distance bobine-échantillon doit rester strictement constante.
En résumé, la technique précédente est bon marché, simple à mettre en œuvre, mais
- est limitée aux matériaux métalliques ;
- nécessite une calibration, et ce pour chaque nouvelle condition de mesure, en particulier lorsque la température varie (FR 2 589 566 propose de remédier à cet inconvénient en appliquant deux tensions à deux fréquences différentes sur deux bobines distinctes) ;
- nécessite un certain savoir-faire pour des mesures fiables ; et - doit être effectuée à distance faible de l'échantillon.
Une autre technique très utilisée est la mesure par ultrasons. Elle consiste à produire une onde ultrasonore dans le matériau, et à mesurer le temps entre l'émission et la réflexion aux interfaces. Ce temps va évidemment dépendre de la distance parcourue (épaisseur à mesurer) et de la vitesse du son dans le matériau (obtenue par calibration). Cette technique est simple à mettre en œuvre, bon marché et robuste, mais nécessite, comme les courants de Foucault, une calibration. Elle est limitée
aux matériaux présentant une bonne impédance acoustique et dont l'épaisseur n'est pas trop faible. Par ailleurs, elle ne permet pas de mesurer l'épaisseur à distance, sauf à complexifier considérablement le système de mesure, par exemple en utilisant un laser pour créer l'onde acoustique.
II existe une dernière catégorie de techniques. Il s'agit des techniques fondées sur les propriétés thermiques du matériau de l'échantillon et sur la mesure de la variation d'une réponse thermique émise comme suite à une élévation de la température. Il est connu par exemple qu'un corps, à une température donnée, émet un rayonnement électromagnétique qui ne dépend que de son émissivité (rapport compris entre 0 et 1 ; si son émissivité vaut 1 , le corps est appelé corps noir et le rayonnement qu'il émet est décrit parfaitement par la théorie de Planck du corps noir).
Si on échauffe un échantillon avec une source extérieure de chauffage, la réponse thermique de l'échantillon va varier. Cette élévation de la température va dépendre de nombreuses caractéristiques de l'échantillon dont, en particulier :
- la conductivité thermique de l'échantillon,
- la capacité calorifique de l'échantillon,
- la densité de l'échantillon,
- l'environnement thermique de l'échantillon,
- l'étendue et les caractéristiques de la source de chauffage.
Pour un matériau donné avec une source de chauffage donnée, l'élévation de la température de l'échantillon dépend du volume chauffé, et donc de l'épaisseur. FR 2 863 048 par exemple décrit un système permettant de mesurer l'épaisseur d'un échantillon en matière plastique. Mais là encore, il est nécessaire d'avoir une calibration préalable à la mesure.
PRESENTATION DE L'INVENTION
L'invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients.
A cet effet, on propose selon l'invention un procédé de mesure d'une épaisseur Δ d'un échantillon, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes selon lesquelles
- une source d'un faisceau de rayonnement de chauffage excite l'échantillon de manière périodique à une fréquence, pour obtenir une excitation thermique périodique de l'échantillon ;
- un capteur mesure une réponse thermique périodique de l'échantillon, en réponse à l'excitation thermique périodique ;
- un processeur détermine un déphasage entre l'excitation thermique périodique et la réponse thermique périodique ;
la source excitant l'échantillon pour une pluralité de fréquences et le processeur déterminant un déphasage pour chaque fréquence, et déterminant ainsi une pluralité de déphasages ;
- le processeur
- détermine un minimum (pmin du déphasage grâce à la pluralité de déphasages ainsi déterminée, et
- détermine l'épaisseur Δ de l'échantillon par une formule du type :
où rO est le rayon du faisceau de rayonnement de chauffage, et
g une fonction qui dépend du type de faisceau de rayonnement de chauffage.
L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- la fonction g est du type polynomiale, les coefficients du polynôme étant fonction du type de faisceau de rayonnement de chauffage ;
- lorsque le faisceau de rayonnement de chauffage est du type gaussien, le processeur détermine l'épaisseur Δ de l'échantillon, en μιτι, par la formule :
Δ = ^ · (θ,227 -9mm 3 + 57,856 -cp^2 + 5688,2 . (pmm + 20862θ) où rO est le rayon du faisceau de rayonnement de chauffage, en mm ;
- lorsque le faisceau de rayonnement de chauffage est du type uniforme, le processeur détermine l'épaisseur Δ de l'échantillon, en μιτι, par la formule :
Δ = r0 *(0,0032 cpmin 3 + 0,7405 (pmin 2 + 64,894 cpmin + 2163,3) pour (1 ,68<r0/A<10) ;
Δ = r0*(6E-05 cpmin 4 + 0,0196 cpmin 3 + 2,2587 cpmin 2 + 125,58 cpmin + 3046) pour (1 ,68<Γ0/Δ<20) ; et
Δ = r0*(2E-06 cpmin 5 + 0,0007 cpmin 4 + 0,0947 cpmin 3 + 6,8299 cpmin 2
+ 261 ,57 (pmin + 4627,7)
pour (1 ,68<Γ0/Δ<100),
où rO est le rayon du faisceau de rayonnement de chauffage, en mm ;
- la source excite l'échantillon de manière périodique sinusoïdale ;
- on a la relation :
1,5 · Δ < ΓΟ < 20 · Δ .
L'invention concerne également un système de mise en œuvre du procédé.
L'invention présente de nombreux avantages.
L'invention permet une mesure d'épaisseur d'un matériau homogène, de manière non destructive, à distance, sans calibration et indépendamment des caractéristiques physiques du matériau.
Ainsi le procédé selon l'invention permet de déterminer l'épaisseur d'un échantillon sans connaître sa conductivité thermique, sa capacité calorifique ou sa densité.
L'échantillon peut être de forme quelconque, par exemple un tube ou une plaque, et en tout matériau homogène, et ne doit donc pas forcément présenter des caractéristiques particulières de conductivité électrique et/ou magnétique, de transparence optique ou d'impédance acoustique.
En particulier, la méthode peut être avantageusement entièrement optique et sans contact, et le milieu dans lequel est placé l'échantillon peut être
- irradiant (pour des applications dans le domaine nucléaire), et/ou
- à haute température (pour des applications à des échantillons en cours de fabrication par exemple), et/ou
- à basse température.
Une des conditions de la mesure est que l'échantillon doit être dans un fluide ou posé sur un substrat thermiquement peu conducteur ou, plus précisément, être entouré d'un milieu transparent qui a une effusivité
(l'effusivité est une grandeur qui rend compte de l'aptitude d'un corps ou d'un milieu à changer de température lorsqu'il reçoit un apport d'énergie thermique et s'exprime en W.s0 5/m2.K) très inférieure à celle de l'échantillon (par exemple l'air). Cette condition n'est cependant pas contraignante.
La mesure de l'épaisseur est rapide, et permet notamment une cartographie de l'échantillon. On peut notamment à cet égard utiliser un détecteur matriciel (comme par exemple une caméra thermique).
En outre, la mesure a une résolution élevée, le point de mesure unitaire étant typiquement inférieur au millimètre.
PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement un système possible de mise en œuvre d'un procédé selon l'invention, pour une mesure d'une épaisseur d'un échantillon,
- la figure 2 représente schématiquement des étapes principales d'un procédé de mesure d'une épaisseur d'un échantillon selon l'invention ;
- la figure 3 représente une courbe de la température de surface de l'échantillon soumis à une excitation thermique périodique ;
- la figure 4 représente l'influence de la diffusivité thermique sur le minimum d'un déphasage et sur des coefficients de sensibilité, pour une feuille de 300 μιτι d'épaisseur pour une taille de faisceau r0=3 mm,
- figure 4(a) : diffusivité égale à 0,1 [x10"5m2/s],
- figure 4(b) : diffusivité égale à 1 [x10"5m2/s], et
- figure 4(c) : diffusivité égale à 10 [x10"5m2/s] ;
- la figure 5 représente l'influence de la répartition spatiale de l'énergie du faisceau laser sur le minimum d'un déphasage et sur des coefficients de sensibilité, pour une feuille de 600 μιτι d'épaisseur pour une taille de faisceau r0=3 mm ;
- la figure 6 représente un nomogramme de l'épaisseur de l'échantillon en fonction du minimum de déphasage pour des valeurs différentes du rayon du faisceau de chauffage ;
- la figure 7 représente l'influence du rapport r0/A sur le minimum d'un déphasage et sur des coefficients de sensibilité, pour une feuille de 300 μιτι d'épaisseur et une diffusivité thermique de 10"5 m2/s
- figure 7(a) : rapport r0/A égale à 1 ;
- figure 7(b) : rapport r0/A égale à 1 ,5;
- figure 7(c) : rapport r0/A égale à 2;
- figure 7(d) : rapport r0/A égale à 5;
- figure 7(e) : rapport r0/A égale à 20;
- figure 7(f) : rapport r0/A égale à 100 ;
- la figure 8 représente une répartition gaussienne de l'énergie dans le faisceau de chauffage ; et
- les figures 9A, 9B et 9C montrent des mesures de déphasage de la réponse thermique en fonction de la fréquence d'excitation, respectivement pour des échantillons en acier inoxydable, en titane et en tungstène.
Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références numériques identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE
La figure 1 représente schématiquement un système possible de mise en œuvre d'un procédé selon l'invention, pour une mesure d'une épaisseur Δ d'un échantillon 1 , procédé dont des étapes principales sont représentées schématiquement à la figure 2.
L'échantillon 1 est de forme quelconque, par exemple un tube ou une plaque, et peut être en tout matériau homogène (c'est-à-dire un matériau non composite). Le matériau ne doit pas forcément présenter des caractéristiques de conductivité électrique et/ou magnétique, d'impédance acoustique ou de transparence optique particulières (on comprend qu'il doit malgré tout être absorbant à la longueur d'onde d'excitation). Le matériau peut être par exemple à titre non limitatif de l'acier inoxydable, de
raluminium, du titane, du tungstène, ou un alliage des métaux précités, ou du carbone.
L'échantillon 1 doit être dans un fluide thermiquement peu conducteur ou posé sur un substrat thermiquement peu conducteur ou, plus précisément, être entouré d'un milieu, transparent et qui a une effusivité très inférieure à celle de la couche (par exemple l'air). Typiquement le rapport des effusivités entre l'échantillon 1 et le milieu peu conducteur doit être de l'ordre de 1000.
Le système comporte principalement
- une source 2 d'un faisceau 20 de rayonnement de chauffage de l'échantillon 1 (l'échantillon est donc opaque à la longueur d'onde du faisceau 20 utilisé) ;
- un capteur 3 d'une réponse thermique de l'échantillon, en réponse à l'excitation thermique ; et
- un processeur 4.
La source 2 peut être toute source du faisceau 20 de rayonnement apte à chauffer l'échantillon 1 . A titre d'exemple non limitatif, la source 2 peut être un laser ou une diode laser, par exemple émettant dans le proche infrarouge, qui est une gamme de longueurs d'onde bien absorbée par la plupart des échantillons d'intérêt, notamment métalliques.
La répartition de l'énergie E(r) dans le faisceau 20 peut être par exemple :
- circulaire, à savoir
E(r) = (1——f ■ (1 +— f , 0<r<2r0 où rO est le rayon du faisceau 20,
- gaussienne, à savoir
E(r) = e r" , OU
- uniforme, à savoir
E(r) = 1 , 0<r<r0
et l'amplitude de la puissance de la source 2 est réglable : par exemple entre quelques milliwatts et quelques dizaines de watts en fonction de l'échantillon 1 . A titre d'exemple, pour un rayon rO d'un faisceau 20 égal à 2mm, la puissance moyenne nécessaire pour chauffer un échantillon:
- d'acier inoxydable 304L est égale à 26W, et
- de cuivre est égale à 2800W.
Comme on le verra plus en détail dans la suite de la présente description, la source 2 est modulée pour exciter l'échantillon 1 de manière périodique, par exemple de manière sinusoïdale. La modulation peut être générée par un système extérieure à la source 2, par exemple un hacheur mécanique (appelé chopper en anglais) si la source 2 est continue.
En réponse à l'excitation, l'échantillon 1 a une réponse thermique, le capteur 3 étant adapté pour mesurer la réponse thermique. Le pic de sensibilité du capteur 3 dépend de la température à laquelle s'effectue la mesure.
La réponse thermique de l'échantillon 1 peut ainsi être, à titre non limitatif :
- une dilatation thermique de l'échantillon 1 ,
- une variation de la réflectance d'une surface de l'échantillon 1 , c'est à dire le rapport de l'énergie réfléchie sur l'énergie incidente, généralement exprimée en décibel ou pourcentage ;
- une variation de l'émissivité de l'échantillon, c'est à dire le rapport entre l'énergie qu'il rayonne et celle qu'un corps noir rayonnerait à la même température, rapport compris entre 0 et 1 ;
- une variation de la luminance, c'est-à-dire de l'intensité lumineuse calculée par rapport à une surface donnée (le m2), généralement exprimée en candela par mètre carré (cd/m2) ;
- etc.
A titre d'exemple non limitatif, pour mesurer une dilatation thermique de l'échantillon et/ou une variation de la réflectance d'une surface de l'échantillon et/ou une variation de la luminance de l'échantillon, le capteur peut être un capteur optique ou acoustique.
L'exemple de la figure 1 , non limitatif, décrit un capteur 3 optique mesurant une réponse thermique consistant en une variation de la luminance de l'échantillon 1 . Le capteur 3 est ainsi un capteur HgCdZnTe, sensible entre 2 et 1 1 μιτι (infrarouge moyen), car les mesures s'effectuent pour des températures comprises entre 20°C et quelques centaines de degrés Celsius (typiquement 200°C). Sur la figure 1 , le capteur 3 est un capteur de la marque VIGO avec une bande spectrale de 3-1 1 μιτι avec un temps de réponse de 7 ns.
Le processeur 4 comporte classiquement tous les moyens de mémoire, de traitement et de calcul pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention. Il peut notamment comporter un amplificateur de détection synchrone, connu en soi par l'homme du métier, pour la mesure d'un déphasage comme on le verra plus en détail dans la suite de la présente description. D'autres moyens informatiques que l'amplificateur de détection synchrone sont bien entendu possibles.
Pour pouvoir mesurer le déphasage entre une excitation thermique de l'échantillon 1 et une réponse thermique de l'échantillon 1 à l'excitation, le processeur 4 est relié d'une part au capteur 3 et d'autre part à un capteur 5 auxiliaire, observant directement l'excitation de l'échantillon 1 . Le capteur 5 est avantageusement une photodiode silicium. L'observation directe de l'excitation de l'échantillon 1 par le capteur 5 auxiliaire permet d'éviter de devoir prendre en compte un déphasage parasitaire dû à la source 2 dans les calculs de mesure de l'épaisseur. Le déphasage parasitaire précité peut être par exemple dû à
- un déphasage entre un signal électrique d'un générateur 21 de la source 2 et une émission du faisceau 20 par un laser 22 de la source 2 ;
- un déphasage entre l'émission du faisceau 20 par le laser 22 de la source et une excitation réelle de l'échantillon 1 ,
- etc.
On comprend que le processeur 4 peut également être relié à la source et non à un capteur auxiliaire si le déphasage dû à la source 2 est pris en compte dans les calculs de mesure de l'épaisseur. Selon un procédé possible de mesure de l'épaisseur Δ de l'échantillon 1 , lors d'une étape S1 , la source 2 excite l'échantillon 1 de manière périodique grâce au faisceau 20, pour obtenir une excitation thermique périodique de l'échantillon 1 , par chauffage.
Comme le montre la courbe C1 de la figure 3, l'excitation de manière périodique s'effectue par exemple de manière sinusoïdale, mais peut également être une excitation périodique, en créneau par exemple ou autre. La courbe C1 de la figure 3 est tracée pour une fréquence d'excitation f d'une seconde par exemple.
Comme on peut le constater sur la courbe C2 de la figure 3, lors d'une étape S2, le capteur 3 mesure une réponse thermique périodique de l'échantillon 1 , en réponse à l'excitation thermique périodique. La réponse thermique est par exemple ici la variation de la luminance de l'échantillon due à la variation de température de l'échantillon 1 .
Lors d'une étape S3, le processeur 4 détermine expérimentalement un déphasage φ entre l'excitation thermique périodique et la réponse thermique périodique, c'est-à-dire l'écart par exemple entre un sommet de la courbe C1 et un sommet correspondant de la courbe C2.
La source 2 excite l'échantillon 1 pour une pluralité de fréquences f (typiquement une quinzaine de fréquences, les fréquences étant comprises par exemple entre 1 Hz et 10kHz, en fonction de l'échantillon 1 ) et le processeur 4 détermine un déphasage pour chaque fréquence f d'excitation, et déterminant ainsi une pluralité de déphasages φ.
Lors d'une étape S4, le processeur 4 détermine un minimum (pmin du déphasage φ grâce à la pluralité de déphasages ainsi déterminée. La méthode d'interpolation de φ,™ à partir de la pluralité de déphasages déterminée par le processeur 4, et utilisée pour obtenir le minimum (pmin, est
connue de l'homme du métier, par exemple une interpolation polynomiale ou autre.
La détermination de pmtn est importante pour la détermination de l'épaisseur Δ.
Les inventeurs ont en effet découvert que, comme le montre la figure
4, de manière tout à fait inattendue, la valeur de (pmm est indépendante des variations des propriétés thermiques de l'échantillon, et permet de déterminer l'épaisseur Δ de l'échantillon 1 , comme expliqué ci-après. ETAPE PRELI Ml NAI RE
La figure 4 reprend la courbe de la phase cp(f), avec l'équation (E1 ), connue de l'homme du métier :
et où
c - capacité calorifique massique, [J/kg-K],
p - densité [kg/m3],
k - conductivité thermique, [W/m-K],
R - résistance thermique éventuelle entre l'échantillon et le milieu, [m2K-W"1],
a - coefficient d'absorption de l'échantillon à la longueur d'onde d'excitation, [m"1], et
où les indices c et s correspondent respectivement à l'échantillon et au milieu,
Pour mieux comprendre comment chaque paramètre influence la courbe de la phase cp(f) de la figure 4 (et en conséquence la possibilité d'extraire ces paramètres à partir de cette courbe), on procède à une analyse numérique de sensibilité pour chacun desdits paramètres thermophysiques de l'échantillon 1 .
Des coefficients X de sensibilité réduits sont définis, et obtenus par modélisation:
Chaque coefficient X de sensibilité indique comment la phase φ est modifiée pour une variation relative donnée du paramètre χ. On comprend en effet qu'on ne peut identifier un paramètre χ que si la phase φ est sensible à sa variation.
On trace également sur la figure 4 les coefficients X de sensibilité pour les paramètres χ suivants :
- l'épaisseur Δ de l'échantillon 1 ;
- le rayon rO du faisceau 20 de rayonnement de chauffage ;
- la conductivité thermique kc de l'échantillon 1 ; et
- la capacité calorifique CcPc de l'échantillon 1 .
Les courbes de la figure 4 ont été ainsi réalisées avec différentes valeurs numériques de la diffusivité thermique de l'échantillon par exemple, c'est-à-dire la grandeur physique qui caractérise la capacité de l'échantillon à transmettre la chaleur d'un point à un autre de celui-ci par conduction ; la diffusivité thermique est égale au rapport de la conductivité thermique sur la capacité calorifique volumique, et s'exprime en m2/s et est généralement notée a. Sur la figure 4, la diffusivité thermique prend les valeurs 0,1x10-5 m2/s (figure 4(a)), 1 x10-5 m2/s (figure 4(b) et 10x10-5 m2/s (figure 4(c)).
Sur la figure 4, on voit que la variation des propriétés thermiques de l'échantillon 1 , sous la forme de la diffusivité thermique, translate certes la courbe de déphasage φ dans le domaine des fréquences plus élevées
lorsque la diffusivité augmente, mais que le minimum de déphasage de (pmm reste toujours indépendant de la diffusivité thermique et a toujours la même valeur.
On constate de plus que pour la valeur de la fréquence d'excitation donnant (pmin, les coefficients de sensibilité Xcp,kc et Xcp,ccpc s'annulent, c'est-à-dire qu'à cette fréquence, la phase ne dépend pas de la conductivité thermique kc de l'échantillon 1 ni de la capacité calorifique CcPc de l'échantillon 1 . En revanche, pour cette valeur de la fréquence d'excitation, ( min dépend de l'épaisseur Δ de l'échantillon 1 et du rayon rO du faisceau 20 de rayonnement de chauffage (car les sensibilités correspondantes sont non nulles, et sont en fait corrélées : cela signifie que la valeur (pmin dépend du rapport A/r0). Comme le montre la figure 5, la fréquence d'excitation donnant le minimum (pmin et sa valeur absolue varie certes en fonction de la forme du faisceau (pour une distribution d'énergie dans le faisceau respectivement circulaire, gaussienne ou uniforme), mais restent indépendantes de la diffusivité (car les sensibilités Xcp,kc et Xcp,ccpc correspondantes sont non nulles).
En d'autres termes, le rayon rO du faisceau étant connu, il est possible de déterminer, à partir de (pmin, la valeur de l'épaisseur Δ de l'échantillon 1 , et ce sans connaître la conductivité thermique kc de l'échantillon 1 ni sa capacité calorifique CcPc-
Or il n'y a pas de formule analytique qui donne directement la valeur de l'épaisseur Δ en fonction :
- du minimum (pmin de déphasage, et
- de la dimension rO du faisceau laser.
Par conséquent, lors d'une étape préliminaire au procédé, on trace donc une pluralité de courbes selon la figure 4, à partir de calculs numériques conformément à (E1 ), pour différentes valeurs numériques de l'épaisseur Δ et du rayon r0.
A partir de la pluralité de valeurs de (pmin numériques ainsi obtenues, on trace les courbes de la figure 6, reprenant la valeur de l'épaisseur Δ en fonction de chaque (pmin numérique obtenu, par exemple pour trois valeurs
numériques du rayon rO du faisceau 20 de chauffage gaussien, à savoir respectivement 10 mm, 1 mm et 100 μιτι (on rappelle ici que pour une répartition spatiale différente du faisceau, les courbes seraient différentes).
On constate que les courbes de la figure 6, obtenues numériquement, sont parallèles pour les différentes valeurs de r0, et l'on en déduit que la phase (pmin dépend du rapport A/r0.
Les courbes de la figure 6 sont obtenues numériquement, mais il est possible de trouver, également lors de l'étape préliminaire précitée, une fonction analytique g qui approxime une desdites courbes obtenues numériquement, comme le montre la courbe en pointillés de la figure 6 (exemple d'une approximation polynomiale de degré 3 pour approximer la courbe tracée pour rO égal à 10 mm).
On détermine ainsi, à partir d'une des courbes numériques de la figure 6, une fonction approximative g((pmin) telle que :
où g est une fonction qui dépend du type de faisceau 20 de rayonnement de chauffage.
La fonction g peut prendre toute forme d'approximation analytique pour une des courbes de la figure 6.
Préférentiellement, mais non limitativement, la fonction g est du type polynomiale (voir figure 6), les coefficients du polynôme étant fonction du type de faisceau 20 de rayonnement de chauffage. Le degré du polynôme peut être quelconque (plus le rapport rO/Δ est grand, plus l'utilisation d'un polynôme de degré élevé est nécessaire pour obtenir une bonne précision), par exemple 5, 4 ou 3.
Cette approximation g peut être ainsi faite, par exemple, grâce une formule du type (polynôme de degré 3) :
où le quadruplet (α, β, γ, δ) est fonction du type de faisceau rayonnement de chauffage, Δ étant exprimé en μιτι et rO en mm.
Par exemple, lorsque le faisceau 20 de rayonnement de chauffage est du type gaussien, et comme le montre la figure 6, g est donné par la formule :
A = _L . (0,227 - cpmm 3 + 57,856 - cpmm 2 + 5688,2 . (pmm + 20862θ)
rO 100
Selon un autre exemple, lorsque le faisceau 20 de rayonnement de chauffage est du type uniforme :
Δ/rO = (0,0032 cpmin 3 + 0,7405 (pmin 2 + 64,894 cpmin + 2163,3) pour (1 ,68<r0/A<10)
Δ/rO = (6E-05 (pmin 4 + 0,0196 (pmin 3 + 2,2587 cpmin 2 + 125,58 (pmin + 3046) pour (1 ,68<r0/A<20)
Δ/rO = (2E-06 cpmin 5 + 0,0007 cpmin 4 + 0,0947 cpmin 3 + 6,8299 (pmin 2
+ 261 ,57 (pmin + 4627,7)
pour (1 ,68<r0/A<100)
La détermination de la fonction g approximative d'une des courbes de la figure 6 est effectuée lors d'une étape préliminaire au déroulement du procédé (par exemple avant l'étape S1 ), mais ne correspond pas à une étape de calibration par rapport à l'échantillon comme dans l'art antérieur.
En effet, les courbes de la figure 4 sont obtenues numériquement à partir de la relation (E1 ), et les courbes de la figure 6, reprenant les valeurs numériques de (pmin, sont, comme on l'a vu, indépendantes des caractéristiques du matériau.
La réalisation des courbes de la figure 4, de celles de la figure 6 et la détermination de g par interpolation peuvent être réalisées par des moyens classiques de traitement et de calcul, par exemple mais pas nécessairement, le processeur 4.
Après avoir décrit ci-dessus l'étape préliminaire de détermination de g, on reprend le cours de la description d'un exemple d'un procédé selon l'invention.
Une fois qu'il a déterminé expérimentalement (pmin, lors de l'étape S4, grâce à la pluralité de déphasages φ sur l'échantillon 1 , le processeur 4
peut donc ensuite déterminer, lors de l'étape S5, l'épaisseur Δ de l'échantillon 1 par une formule du type :
Avec les exemples précédents, lorsque le faisceau 20 de rayonnement de chauffage est du type gaussien, le processeur 4 détermine, lors de l'étape S5, l'épaisseur Δ de l'échantillon 1 , en μιτι, par la formule :
Δ = ^ · (θ,227 -9mm 3 + 57,856 -cp^2 + 5688,2 . (pmm + 20862θ) où rO est le rayon du faisceau de rayonnement de chauffage, en mm.
De même, lorsque le faisceau de rayonnement de chauffage est du type uniforme, le processeur 4 détermine l'épaisseur Δ de l'échantillon 1 , en μιτι, par la formule :
Δ = r0*(0,0032 cpmin 3 + 0,7405 cpmin 2 + 64,894 cpmin + 2163,3) pour (1 ,68<r0/A<10) ;
Δ = r0*(6E-05 cpmin 4 + 0,0196 cpmin 3 + 2,2587 cpmin 2 + 125,58 cpmin + 3046) pour (1 ,68<r0/A<20) ; et
Δ = r0*(2E-06 cpmin 5 + 0,0007 cpmin 4 + 0,0947 cpmin 3 + 6,8299 cpmin 2
+ 261 ,57 (pmin + 4627,7)
pour (1 ,68<r0/A<100)
où rO est le rayon du faisceau de rayonnement de chauffage, en mm.
Les figures 7 montrent que des résultats de simulation de déphasage d'un échantillon 1 , avec une diffusivité thermique a=10-5 m2/s et une épaisseur Δ de 300 μιτι, pour différents rapports de rO/Δ.
On constate sur les figures 7 que dans le cas d'un rapport précité égal à 1 (figure 7(a)), il n'existe pas de minimum pour les coefficients de sensibilité Xcp,kc et Xcp,ccpc. L'apparition d'extrema indépendants de la diffusivité commence à partir du rapport ΓΟ/Δ¾1 ,5 (figure 7(b)). Lorsque la valeur du rapport rO/Δ continue d'augmenter, on perd la sensibilité du minimum par rapport à l'épaisseur de la couche, et quand le rayon rO devient cent fois plus grand que l'épaisseur Δ (figure 7(f)), l'extraction du minimum devient quasi impossible. Par conséquent, on a la relation
1,5 · Δ < ΓΟ < 20 · Δ
Comme le montrent les figures 9, des mesures ont été effectuées pour :
- des échantillons en forme de tôles d'acier inoxydable d'épaisseurs comprises entre 100 et 400 μιτι (figure 9A) ;
- un échantillon en forme de plaque de titane, d'épaisseur égale à 1 ,3mm (r0=2,07mm) (figure 9B) ; et
- un échantillon en forme de plaque de tungstène, d'épaisseur égale à 1 mm (r0=2,07mm) (figure 9C).
Les zones de fréquences d'excitation trop élevées ne doivent bien entendu pas être prises en compte.
Dans tous les cas des figures 9, la précision obtenue sur la mesure de l'épaisseur Δ est comprise entre 2% et 10%, avec une valeur comprise généralement autour de 5%.
Claims
1 . Procédé de mesure d'une épaisseur Δ d'un échantillon (1 ), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes selon lesquelles
- une source (2) d'un faisceau (20) de rayonnement de chauffage excite
(S1 ) l'échantillon (1 ) de manière périodique à une fréquence (f), pour obtenir une excitation thermique périodique de l'échantillon (1 ) ;
- un capteur (3) mesure (S2) une réponse thermique périodique de l'échantillon, en réponse à l'excitation thermique périodique ;
- un processeur (4) détermine (S3) un déphasage (φ) entre l'excitation thermique périodique et la réponse thermique périodique ;
la source (2) excitant l'échantillon pour une pluralité de fréquences (f) et le processeur (4) déterminant un déphasage pour chaque fréquence (f), et déterminant ainsi une pluralité de déphasages (φ) ;
- le processeur (4)
- détermine (S4) un minimum (pmin du déphasage (φ) grâce à la pluralité de déphasages ainsi déterminée, et
- détermine (S5) l'épaisseur Δ de l'échantillon (1 ) par une formule du type :
où rO est le rayon du faisceau de rayonnement de chauffage, et
g une fonction qui dépend du type de faisceau (20) de rayonnement de chauffage.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la fonction g est du type polynomiale, les coefficients du polynôme étant fonction du type de faisceau (20) de rayonnement de chauffage.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel, lorsque le faisceau (20) de rayonnement de chauffage est du type gaussien, le processeur (4) détermine (S5) l'épaisseur Δ de l'échantillon (1 ), en μιτι, par la formule : Δ = ^ · (θ,227 ·φιηίη 3 + 57,856 -φ^2 + 5688,2 - φ^ + 20862θ) où rO est le rayon du faisceau de rayonnement de chauffage, en mm.
4. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel, lorsque le faisceau de rayonnement de chauffage est du type uniforme, le processeur (4) détermine (S5) l'épaisseur Δ de l'échantillon (1 ), en μιτι, par la formule :
Δ = r0*(0,0032 cpmin 3 + 0,7405 cpmin 2 + 64,894 cpmin + 2163,3) pour (1 ,68<r0/A<10) ;
Δ = r0*(6E-05 cpmin 4 + 0,0196 cpmin 3 + 2,2587 cpmin 2 + 125,58 cpmin + 3046) pour (1 ,68<r0/A<20) ; et
Δ = r0*(2E-06 cpmin 5 + 0,0007 cpmin 4 + 0,0947 cpmin 3 + 6,8299 cpmin 2
+ 261 ,57 (pmin + 4627,7)
pour (1 ,68<r0/A<100)
où rO est le rayon du faisceau de rayonnement de chauffage, en mm.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la source (2) excite (S1 ) l'échantillon (1 ) de manière périodique sinusoïdale.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel on a la relation :
1,5 · Δ < ΓΟ < 20 · Δ .
7. Système de mesure d'une épaisseur Δ d'un échantillon (1 ), caractérisé en ce qu'il comporte
- une source (2) d'un faisceau (20) de rayonnement de chauffage, pour exciter (S1 ) l'échantillon (1 ) de manière périodique, pour obtenir une excitation thermique périodique de l'échantillon (1 ) ;
- un capteur (3), pour mesurer (S2) une réponse thermique périodique de l'échantillon, en réponse à l'excitation thermique périodique ;
- un processeur (4) pour - déterminer (S3) un déphasage (φ) entre l'excitation thermique périodique et la réponse thermique périodique pour chaque fréquence de la pluralité de fréquences (f),
- déterminer (S4) un minimum (pmin du déphasage (φ) ainsi déterminé, et
- déterminer (S5) l'épaisseur Δ de l'échantillon (1 ) par une formule du type :
où rO est le rayon du faisceau de rayonnement de chauffage, et
g une fonction qui dépend du type de faisceau (20) de rayonnement de chauffage.
8. Système selon la revendication 7, dans lequel la source (2) est un laser ou une diode laser.
9. Système selon l'une des revendications 7 ou 8, dans lequel le capteur (3) est un capteur optique ou acoustique.
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- 2011-10-03 FR FR1158905A patent/FR2980846B1/fr active Active
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2012
- 2012-10-03 WO PCT/EP2012/069539 patent/WO2013050417A1/fr active Application Filing
Patent Citations (5)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| FR2980846A1 (fr) | 2013-04-05 |
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