Brevet FR2001214A1 — publié le 19690926

i 2001214 La présente invention se rapporte à un appareil pour mesurer la vitesse de propagation des ultrasons dans le béton, vitesse qui est une mesure du module d'élasticité et, en même temp de la résistance de celui-ci. 5 Selon l'invention, un tel appareil comprend un transduc teur d'émission conçu pour envoyer dans le béton à mesurer une impulsion mécanique se répétant à des intervalles de temps fixes et comportant des moyens pour engendrer une impulsion électrique en synchronisme avec l'impulsion précédente, un transducteur de 10 réception conçu pour collecter les impulsions mécaniques du béton à mesurer et pour les convertir en impulsions électriques, et un montage de mesure de temps connecté, d'une part, à la sortie du transducteur d'émission où apparaissent les impulsions é-lectriques,et, d'autre part, à la sortie du transducteur de ré-15 ception où apparaissent l'es impulsions électriques de celui-ci, ledit montage de mesure de temps comprenant un circuit à retard primaire dont l'entrée est connectée au transducteur d'émission, un circuit à retard secondaire connecté à la sortie du circuit à retard primaire, un multivibrateur bistable, dont l'entrée de 20 reaise en l'état initial ou de repos est aussi connectée à la sortie du circuit à retard primaire et un circuit ET primaire dont l'une des entrées est reliée à la sortie du circuit à retard primaire et dont une autre entrée aboutit au transducteur de réception, tandis que sa sortie est connectée à l'entrée de 25 mise en l'état excité du multivibrateur, un compteur dont la bor ne de remise est connectée à la sortie du circuit à retard secon daire, un circuit ET secondaire dont l'une des entrées est connectée à la sortie dudit multivibrateur et dont la sortie est reliée à l'entrée du compteur, et un générateur d'impulsions con 30 necté à la seconde entrée du circuit ET secondaire, un amplificateur à seuil (amplificateur de détection) étant connecté entre le transducteur de réception et le montage de mesure de temps• D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 35 ressortiront de la description qui va suivre en référence aux diverses figures du dessin annexé qui n'a, bien entendu aucun caractère limitatif et dans lequel : La fig. 1 est un schéma par blocs du montage de mesure selon 1'invention ; 40 la fig. 2 est le schéma d'un montage de mesure réalisé 69 02112 2 2001214 avec des circuits intégrés ; la fig. 3 est un schéma de principe du transducteur d' émission ; la fig. 4 est un schéma de l'amplificateur et du trans-5 ducteur de réception ; et la fig. 5 est un schéma du circuit d'alimentation. Sur les diverses figures du dessin, les mêmes références ont été utilisées pour désigner les mêmes éléments. En se référant à la fig. 1, on voit un transducteur d'é-10 mission A qui comprend un noyau à magnétostriction 1 comportant un enroulement 2 pour induire les impulsions électriques dans le noyau 1 et un enroulement 3 pour convertir les impulsions de magnétostriction en impulsions électriques synchrones, l'enroulement 3 étant connecté à l'entrée du multivibrateur monostable B 15 d'un montage de mesure de temps M. Sur la fig. 1, on voit également un transducteur de réception D pourvu d'un convertisseur piézo-électrique 4 et d'un amplificateur E qui est connecté à l'entrée 7 du circuit conditionnel F du montage M. 20 Le montage de mesure de temps M comprend le multivibra teur B et le circuit conditionnel F mentionnés, un multivibrateur bistable C, un générateur d'impulsions G et un circuit "ET" H, un compteur à décade K et un multivibrateur monostable secondaire L. 25 La sortie 8 du multivibrateur B est connectée à l'entrée 9 du circuit conditionnel F dont la sortie 10 est reliée à la borne 11 de mise à l'état excité du multivibrateur C. La sortie 8 est en outre reliée à l'entrée 12 du multivibrateur L et à la borne 13 de remise à l'état initial du mul-30 tivibrateur C dont la sortie 14 est connectée à l'entrée 15 du circuit ET H. L'entrée 16 du circuit H est reliée à la sortie 17 de l'oscillateur G, tandis que la sortie 18 de ce circuit H aboutit à l'entrée 19 du compteur K. 35 La sortie 20 du multivibrateur L est reliée à la borne de remise 21 du compteur K. L'application d'une impulsion de départ à l'entrée 22 provoque la conduction d'un thyristor 23, ce qui a pour conséquence de décharger, à travers l'enroulement 2, un condensateur 40 24 qui a été chargé par une borne 25. 69 02112 3 2001214 Du fait de la décharge du condensateur 24, le noyau à magnétostriction 1 applique une impulsion mécanique à la matière devant être mesurée et, en même temps, engendre dans l'enroulement 3, une impulsion électrique en synchronisme avec la précé-5 dente. Le multivibrateur B convertit les impulsions synchrones en impulsions rectangulaires d'une durée de 40 microsecondes» qui sont appliquées au circuit conditionnel F afin de maintenir ce dernier fermé pendant 40 microsecondes. 10 Le bord antérieur de l'impulsion de 40 microsecondes re met à l'état de repos le multivibrateur monostable C, avec pour conséquence, que le circuit conditionnel H réagit au signal de sortie du multivibrateur C en s'ouvrant, de sorte que les impulsions de 1 MHz du générateur G peuvent atteindre le compteur K» 15 Toutefois, le compteur K ne commence pas à compter avant qu'une correction de temps de transit dans les transducteurs A et D ait été effectuée. Les transducteurs A et D sont généralement pourvus de patins polaires permettant d'appliquer des vibrations mécaniques 20 au béton ou d'en recevoir de celui-ci. Or, ce transfert demande un certain temps qui doit être corrigé. A cette fin, le multivibrateur L réagit au bord antérieur de l'impulsion de 40 microsecondes, notamment en émettant 25 une impulsion rectangulaire dont la durée est réglable au compteur K. Du fait de la présence de cette impulsion à l'entrée de remise 21 du compteur K, ce dernier est maintenu à zéro, et une correction peut être obtenue en réglant la durée de cette im-30 pulsion. De cette manière, le compteur K commence à compter dès que l'impulsion du multivibrateur L a disparu. Le signal du transducteur de réception D est amplifié dans l'étage 5 de l'amplificateur E et est transformé en une im-35 pulsion dans l'amplificateur à seuil 6. Le bord antérieur de cette impulsion coïncide avec le commencement du signal de réception. Cette impulsion est appliquée à la seconde entrée du circuit conditionnel F. Durant les 40 microsecondes pendant lesquelles le cir-40 cuit F est fermé, les signaux parasites émanant de l'émetteur A, 69 02112 4 2001214 qui résultent du déclenchement de l'impulsion de magnétostriction, signaux parasites qui pourraient atteindre le circuit de mesure M sans passer par le béton, en se propageant par la ligne 26 vers l'entrée 11 du multivibrateur C, sont bloqués. Tou-5 tefois, une impulsion qui traverse le béton place le multivibrateur C dans son état excité et provoque la fermeture du circuit H et l'arrêt du compteur à décade. Sur le compteur K, on peut lire maintenant le nombre d' impulsions de 1 microseconde qui ont été comptées pendant la pro-10 pagation de l'impulsion à travers le béton entre les transducteurs A et D. De cette manière, on détermine la vitesse de propagation des impulsions dans le béton. Il est bien évident que la mesure de vitesse ainsi obte-15 nue devient plus précise si l'on fait la moyenne d'un grand nombre d'essais. Ce résultat est obtenu en utilisant comme signal de départ à l'entrée 22 des impulsions ayant une fréquence de récurrence d'environ 5 Hz. Si, dans ces conditions, on utilise un compteur à décade 20 équipé de tubes Nixie, le résultat de chaque mesure de temps, qui reste visible pendant 1/5 de seconde, peut être observé. Un montage de mesure de temps M réalisé sous la forme de circuits intégrés est représenté sur la fig. 2. Les petits blocs de circuits intégrés sont fabriqués par 25 la société américaine "Texas Instruments" et sont désignés par les références IC3 à IC12 inclusivement. Les blocs IC3, IC4 et IC5 contiennent chacun quatre circuits désignés par -1, -2, -3, -4. On n'utilise pas le quatrième circuit IC5-4 du petit 30 bloc IC5. Entre le multivibrateur monostable B et la borne d'entrée X du montage de mesure de temps M a été connecté un filtre N, non représenté sur la fig. 1, qui donne aux impulsions la forme voulue pour que le circuit IC3-1 puisse les traiter. 35 Entre l'étage d'amplification E et le circuit F, un am plificateur supplémentaire 0 a été intercalé. De même, entre le multivibrateur monostable L et la borne 21 du compteur K. Dans le transducteur d'émission A, dont le schéma é-lectrique est représenté sur la fig. 3, il est prévu un circuit 40 d'excitation comprenant un condensateur 30, un transformateur 31, 69 02112 s 2001214 un thyristor 32 et une diode 33. Une impulsion de départ, provenant de l'équipement d'alimentation représenté sur la fig. 5, atteint la borne R du transformateur 31 et induit une impulsion dans l'enroulement 34, 5 rendant ainsi conducteur le thyristor 32, ce qui a pour conséquence de décharger à. travers l'enroulement 2 le condensateur 30, qui avait été chargé par la borne S. En même temps, l'enroulement 3 développe une impulsion de départ pour le montage de mesure de temps M à la borne X. Le noyau 1 est un noyau à magnéto-10 striction en Ferroxcube, qui convertit l'impulsion du condensateur 30 en une impulsion ultrasonique. Ce montage a été logé dans le transducteur du fait que le courant de décharge très intense du condensateur 30 ne peut plus exercer d'influence nuisible sur le montage de mesure de 15 temps M. Le transducteur de réception D renferme un convertisseur piézo-électrique 4. L'amplificateur 5 et l'amplificateur à seuil 6, ainsi que les composants appartenant à ceux-ci, ont été logés dans un manchon de blindage séparé contenu dans l'enveloppe du 20 montage de mesure de temps. Dans ce montage, on a utilisé des amplificateurs du type intégré. La borne Y de l'amplificateur de réception E est connectée à la borne Y du montage de mesure de temps M, tandis que la 25 borne R est reliée à la borne R du circuit d'alimentation représenté sur la fig. 5. La fig. 5 montre le schéma du circuit d'alimentation. Dans ce circuit, la tension de la batterie est stabilisés par des transistors 86 et 87 et par une diode de Zéner 84 asso-30 ciée à une résistance 85, cette tension étant à nouveau redressée après avoir été transformée en une tension alternative. L'impulsion de déclenchement qui apparaît à la borne R est obtenue en déchargeant un condensateur 102 qui est chargé à travers une résistance 101 et une diode à quatre couches 103 35 qui devient conductrice à 35 volts. Cette impulsion réapparaît environ 10 fois par seconde, du fait que la diode à quatre couches "récupère" après chaque décharge. On trouvera ci-après une liste donnant, à titre purement 40 indicatif, la valeur des composants pouvant être utilisés pour 69 02112 s 2001214 réaliser le montage décrit ci-dessus. Résistances. 35 2,2 K ohms 39, 43, 44, 78 2 K » 5 41 680 " 45, 46 1,2 K " 49, 77 1 K " potentiomètre 53, 54, 55 68 K « 56, 57, 68 1 K « 10 60 500 " 62, 69, 70 100 " 65, 100 10 K " 76 180 » 80 220 " 15 81 68 " 85,89 330 » 90, 91 10 " 101 10 M " 110 0,3 " 20 Condensateurs. 30 1,5 microfarad 36, 48, 67, 99 22 nano " 40, 47 47 nano " 58,64 3 nano " 25 59 0,33 micro " 61 33 micro " 63 15 micro " 66 180 pico " 71, 92 1 micro " 30 72 47 micro " 75 4,7 nano " 88,106,107,109,111 100 micro " 95 470 pico " 97, 102 0,47 micro " 35 Diodes. 32 2N3525 (R.CA) 33,96,98,104,105,108 1N4005 (I.T.T.) 37,38 1N4148 73,74,84 6,2 volts 400 mW Zéner 40 79 8,2 " " " 69 02112 7 2001214 103 ST2 diode à déclenchement (G.E.) 82 batterie 6 cellules NiCd de 3,5 Amph. en série 42 X-tal cristal 1 MC/ (résonance série) s Circuits. 5 ICI MC 1530 Motorola IC2 SN 7502 Texas-Instruments IC3,IC4,IC5 SN 7400 N " IC6 SN 7470 N " IC7,IC8,IC9 SN 7490 N " 10 IC10,ICll,IC12 SN 7441 N " 1 Elément transducteur à ferroxcube K 3 040 05 Philips 2=2 spires 1 mm Cu 3=1 spire 0,5 mm Cu 31. Noyau en pot P 11/7 - 3B7 p.. 100 Philips 15 n^= IÏ2 = 50 enroulements 0,15 mm Cu. 94. Transformateur à noyau Ferroxcube Type P18/11 - 3B7 )i. 1750 Philips 113 13 spires 0,5 mm Cu 112 4 " 0,2 " •» 20 114 560 " 0,06" " 115 370 " 0,06" " 116 28 " 0,15" " 117 28 " 0,15" " 118 15 " 0,35" " 25 86, 93 transistor AD 139 Philips 87 " AC 127 4 convertisseur piézo-électrique ayant une fréquence de résonance de 40 kHz. Comme il va de soi, l'invention ne se limite nullement 30 à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués ; elle vise, au contraire, de nombreuses variantes. 69 02112 8 2001214 REVENDICATIONS 1. Un appareil de mesure pour le béton qui comprend un transducteur d'émission conçu pour envoyer dans le béton à mesurer une impulsion mécanique se répétant à des intervalles de 5 temps fixes et comportant des moyens pour engendrer une impulsion électrique en synchronisme avec l'impulsion précédente, un transducteur de réception conçu pour collecter les impulsions mécaniques du béton à mesurer et pour les convertir en impulsions électriques, et un montage de mesure de temps connecté, d' 10 une part, à la sortie du transducteur d'émission où apparaissent les impulsions électriques et, d'autre part, à la sortie du transducteur de réception où apparaissent les impulsions électriques de celui-ci, ledit montage de mesure de temps comprenant un circuit à retard primaire dont l'entrée est connectée au 15 transducteur d'émission, un circuit à retard secondaire connecté à la sortie du circuit à retard primaire, un multivibrateur bi-stable, dont l'entrée de remise en l'état initial ou de repos est aussi connectée à la sortie du circuit à retard primaire et un circuit ET primaire dont l'une des entrées est reliée à la 20 sortie du circuit à retard primaire et dont une autre entrée a-boutit au transducteur de réception, tandis que sa sortie est connectée à l'entrée de mise en l'état excité du multivibrateur, un compteur dont la borne de remise est connectée à la sortie du circuit à retard secondaire, un circuit ET secondaire dont l'une 25 des entrées est connectée à la sortie dudit multivibrateur et dont la sortie est reliée à l'entrée du compteur, et un générateur d'impulsions connecté à la seconde entrée du circuit ET secondaire, un amplificateur à seuil (amplificateur de détêction) étant connecté entre le transducteur de réception et le montage 30 de mesure de temps. 2. Un appareil de mesure selon 1, dans lequel les circuits à retard sont des multivibrateurs monostables et où la durée ou la longueur des impulsions produites par celui des multivibrateurs qui constitue le circuit à retard secondaire est ré-35 glable.