Brevet FR2001213A1 — publié le 19690926

La présente invention se rapporte à un transducteur d'émission et de réception pour l'essai de matériaux par ultrasons, qui est pourvu d'un patin à semelle plate pour transférer des vibrations ultrasoniques à un corps ou pour en recevoir de ce-5 lui-ci. De tels transducteurs sont connus dans la technique. Dans les transducteurs connus, le patin est constitué par une matière profilée de façon à produire une semelle formant une source plane d'ultrasons s'appliquant contre la matière d'un ob-10 jet à vérifier ou à essayer. Or, une source plane n'est pas bien définie, c'est-à-dire qu'avec une telle source, les vibrations transmises à l'objet ne sont pas distribuées uniformément et, de plus, sont transmises différemment selon les objets. 15 II en résulte que' le centre de gravité de transmission des vibrations n'est pas fixe. Or, pour les essais de matériaux par ultrasons, il est nécessaire, pour obtenir une longueur de référence et pour être à même de déterminer la vitesse de propagation des ultrasons 20 dans les matériaux, que le centre de gravité de transmission soit connu ou du moins qu'il soit fixe et reproductible. Le fait que le centre de gravité de transmission des vibrations n'est pas fixe dans les transducteurs connus ne constitue pas un obstacle aux mesures longitudinales, où les transduc-25 teurs sont montés sur les plans antérieur et postérieur de l'objet. Par contre, quand on désire essayer la matière d'un objet en plaçant les transducteurs d'émission et de réception dans le même plan que l'objet et à une certaine distance l'un de l'autre, ce qui sera qualifié ci-après de"mesure superficielle", on se heurte 30 à des difficultés, avec les transducteurs connus, du fait que la distance, le long de laquelle s'effectue la mesure, n'est plus ni connue, ni reproductible. Des tentatives ont déjà été faites pour remédier à cet inconvénient en utilisant une source ponctuelle, mais une telle 35 source, outre qu'elle est très peu efficace, a l'inconvénient que les données obtenues ne sont pas reproductibles en raison du défaut d'homogénéité des emplacements de l'objet sur lesquels elle est montée. La présente invention remédie à ces difficultés par le 40 fait que le plan de vibration du transducteur d'émission et du 69 02111 2 2001213 transducteur de réception fait, avec la semelle, un angle dont le sinus est pratiquement égal au rapport de la vitesse de propagation à travers la semelle et à travers la matière à mesurer formant ainsi une source linéaire imaginaire à la surface de la-5 dite matière. Dans un mode de réalisation, les plans de vibration du transducteur d'émission et du transducteur de réception, qui sont noyés dans un bloc de résine synthétique, font un angle d'environ 42,5° avec la semelle. 10 Quand, lors d'une mesure superficielle, les transducteurs sont montés sur l'objet de façon que lesdites lignes imaginaires sont pratiquement parallèles, on obtient une longueur de référence fiable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 15 ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel : la fig. 1 est une vue schématique montrant l'application des transducteurs de l'invention pour effectuer une mesure longi-20 tudinale ; la fig. 2 est une vue analogue à la fig. 1, montrant l'application de ces transducteurs pour une mesure superficielle; la fig. 3 est une coupe à l'échelle 1/1 du transducteur d'émission, suivant la ligne IIX-III de la fig. 4 ; 25 la fig. 4 est une vue à l'échelle 1/1 de l'avant du transducteur d'émission de la fig» 3 ; la fig. 5 montre le schéma de principe du circuit encastré dans le transducteur ; la fig. 6 est une coupe à l'échelle 1/1 à travers le 30 transducteur de réception, suivant la ligne VT-VX de la fig. 7 ; la fig. 7 est une vue à l'échelle 1/1 de l'avant du transducteur de la fig. 6. Sur les différentes figures du dessin, les mêmes références ont été utilisées pour désigner les mêmes éléments. 35 Dans le dispositif de mesure de la fig. 1, un transduc teur d'émission A est placé sur le côté gauche et un transducteur de réception B est placé sur le côté droit contre un élément de béton C à mesurer dans le sens de sa longueur. Le transducteur d'émission A et le transducteur de ré-40 ception sont tous deux reliés à un montage de mesure de temps M. 69 02111 3 2001213 Une impulsion émise par le transducteur A et qui se propage à travers l'élément de béton C est reçue par le transducteur B après un certain temps de propagation qui est mesuré à 1' aide du montage M. 5 En divisant la distance L entre les transducteurs A et B par ce temps, on obtient la vitesse de propagation de l'impulsion ultrasonique à travers l'élément de béton C. Cette vitesse de propagation est une mesure du module d' élasticité du béton C et elle est, en même temps, une mesure de 10 la résistance de celui-ci. Les transducteurs d'émission A et de réception B comportent respectivement deux plans 1,2 et 3,4. Les plans 1,3 sont destinés à être placés contre l'élément de béton C pendant les mesures longitudinales. 15 Pendant les mesures longitudinales, l'émetteur 5 émet u- ne impulsion perpendiculaire à la surface de contact avec l'élément de béton C et le récepteur 16 reçoit cette impulsion de la même façon (voir flèches). Les points de mauvais contact qui résultent de la rugo-20 sité ou du défaut d'homogénéité de 1'élément de béton C aux plans 1 et 3 n'ont, de ce fait, que peu ou pas d'influence sur la distance entre les points d'application des impulsions (longueur L). Par contre, lorsqu'on désire exécuter une mesure superficielle avec les plans 1 et 3, on se heurte à des difficultés. 25 En effet, le centre de gravité des plans 1 et 3 peut a- lors être situé à des emplacements très différents dans ces plans 1 et 3 par suite de la rugosité et de 1'inhomogénéité du béton pendant les différentes mesures. En conséquence, la longueur L n'est pas fixée et la vi-30 tesse de propagation ne peut plus être déterminée. Selon l'invention, on utilise pour les mesures superficielles les plans 2 et 4 des transducteurs A et B (voir fig. 2). Les plans 2 et 4 font un angle de 42,5° avec la surface d'émission de l'émetteur 5 et avec la surface de réception du 35 récepteur 16. Le sinus de cet angle a été calculé pour un élément de béton hollandais, en considérant le rapport de la vitesse de propagation à travers la matière plastique des transducteurs A et B et à travers un béton hollandais moyen. 40 On obtient ainsi quelque part dans le plan 2 et dans le 69 02111 4 2001213 plan 4, sur la surface de 1'élément de béton C, une source linéaire imaginaire d'impulsions placée perpendiculairement au plan du dessin. Toute l'énergie des impulsions est concentrée dans le 5 temps et dans l'espace le long de cette source linéaire de l'émetteur» Un raisonnement analogue montre que le récepteur se comporte comme s'il y avait aussi une ligne de contact avec le béton. 10 Ces sources linéaires ont les mêmes avantages qu'une source ponctuelle en ce qui concerne la connaissance et la re-productibilité de la distance L' entre les transducteurs, sans pour autant présenter les inconvénients de ces sources ponctuelles. 15 II devient ainsi possible de relier les transducteurs A et B selon l'invention, l'un à l'autre par une corde 20 qui, quand elle est tendue, maintient la distance L' invariable,de sorte qu'il suffit de connaître le temps qui a été nécessaire pour la propagation des impulsions pour connaître la qualité du 20 béton. La fig. 3 montre un transducteur d'émission A en résine synthétique comportant les plans 1 et 2. Le plan 1 a été conçu pour servir de source plane pour les mesures longitudinales et s'étend parallèlement au plan d'é-25 mission d'un noyau 5. Le plan 2 a été conçu pour servir de source linéaire pour les mesures superficielles et, à cette fin, forme un angle de 42,5* avec le plan d'émission du noyau à magnétostriction 5. Les composants électriques nécessaires pour exciter le 30 noyau 5 ont été moulés dans le transducteur avec le noyau 5. Les éléments électriques 6 à 11 que l'on voit en coupe se retrouvent sur le schéma de la figo 5. Pour renforcer mécaniquement les sources planes 1 et 2, on utilise des tissus en fibres de verre 12 et 13. 35 La fig. 4, qui montre de face la fiche de connexion 14 donne une idée de la largeur du transducteur d'émission et, pour le reste, parle d'elle-mêmeo Le schéma de la fig. 5 montre un noyau à magnétostriction 5 comportant un enroulement d'excitation 10 pour celui-ci 40 et un enroulement 11 pour prélever une impulsion électrique syn 69 02111 5 2001213 chrone, une diode 9 pour empêcher les phénomènes de résonance, un transformateur de départ 8, un thyristor 7 et un condensateur 6. Le fonctionnement de ce circuit est le suivant : 5 Le condensateur 6 est chargé, à partir d'une borne S, à travers une grande résistance à une tension relativement élevée, par exemple à 150 volts. Une impulsion de départ appliquée à la borne R induit, au moyen du transformateur 8, dans l'enroulement 15, un signal 10 qui ouvre le thyristor 7, provoquant ainsi la décharge du condensateur 6 à travers l'enroulement 10. Dans l'enroulement 11 est induite une impulsion synchrone qui peut être appliquée au montage de mesure de temps M par la borne X. 15 La figc 6 montre un transducteur de réception B en rési ne synthétique comportant des plans 3 et 4. Le plan 3 a été conçu pour constituer un contact plan pour les mesures longitudinales et s'étend parallèlement au plan de réception de l'élément de conversion 16. 20 Le plan 4 a été conçu pour servir de contact linéaire pour les mesures superficielles et, à cette fin, fait un angle de 42,5* avec le plan de réception de l'élément 16. Pour renforcer mécaniquement les plans 3 et 4, des tissus en fibres de verre 21 et 22 ont été prévus dans la résine 25 synthétique. La fig. 7, qui montre de face la fiche de connexion 17, donne une idée de la largeur du transducteur de réception B et, pour le reste, parle d'elle-même. Du fait que le rapport des vitesses de propagation des 30 vibrations ultrasoniques à travers la résine synthétique et à travers le béton à mesurer détermine l'angle entre le plan 2 et le noyau 5 et entre le plan 4 et l'élément de conversion 16, il en résulte que les vibrations se concentrent automatiquement le long d'une certaine ligne parallèle au côté 18 du plan 2 et au 35 côté 19 du plan 4. La liste ci-après donne, à titre purement indicatif, la nature et la valeur des composants pouvant être utilisés pour la réalisation des transducteurs d'émission et de réception ci-dessus : 69 02111 6 2001213 Corps A et B Composition de la résine de moulage 40 g d'Araldite D (CIBA) 40 g de poudre de quartz, finesse 0,1-0,4 mm 5 20 g de poudre de quartz, finesse 0,4-0,8 mm 0,5 g de pâte colorée Araldite DM 05 (CIBA) 3,4 g de durcisseur Araldite HY.951 (CIBA) Elément transducteur Ferro:xcwbe 5 type K3 040 05 Philips 10 10 = 2 x 1 spire environ 1,5 mm 11 = 1 spire environ 0,5 mm Convertisseur piézo-électrique 16 : ayant une fréquence de résonance de 40 kHz. Condensateur 6 : 1,5 jiF, 250 volts 15 Polyester type C 281 AB/1,5 Philips Thyristor 7 : 2N3525 (RCA) Noyau en pot 8 : P 11/7-387 100 Philips nprimaire=nsecondaire=5° spires ^'environ 0,15 mm Diode S ; 1 N4005 (I.T.T.) 20 Comme il va de soi, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés ; elle vise au contraire, de nombreuses variantes. 69 02111 7 2001213 REVENDICATIONS 1. Transducteur d'émission et de réception pour l'essai de matériaux par ultrasons pourvu d'un patin comportant une semelle plate pour transmettre des vibrations ultrasoniques à un corps 5 ou pour en recevoir de celui-ci, dans lequel le plan de vibration de l'émetteur ou du récepteur du transducteur fait, avec la semelle, un angle dont le sinus est pratiquement égal au rapport des vitesses de propagation à travers le patin et à travers la matière devant être mesurée, formant ainsi une source linéai-10 re imaginaire à la surface de la matière à mesurer» 2. Transducteur selon la revendication 1, dans lequel le transducteur et le patin sont constitués par un bloc de résine synthétique pourvu d'au Moins un plan faisant un certain angle avec le plan de vibration de l'émetteur ou du récepteur. 15 3. Transducteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit angle s'élève à environ 42,5°.