Brevet FR2131980A1 — publié le 19721117

La présente invention est relative à un procédé pour mesurer une distance en lisant le son, et à un appareil pour transmettre le son. En particulier, l'invention concerne un procédé pour mesurer la distance à une surface, consistant à transmettre une impulsion d'ultrason vers la surface, à détecter le son réfléchi par la surface, et à mesurer l'intervalle de temps entre l'émission de l'impulsion et la détection du son réfléchi. Il est usuel depuis longtemps de mesurer l'épaisseur de matériaux analogues par un procédé de ce genre, mais l'appareil utilisé n'a pas été suffisamment sélectif relativement à la direction d'émission de l'impulsion ou à la direction de parcours de l'écho de retour, et dans certaines situations, des échos parasites peuvent provoquer de fausses lectures. Pour surmonter un tel inconvénient, suivant l'invention, le son esttransmis vers la surface et en retour à travers un filtre comprenant une gaine tronconique dans laquelle est disposé un cône, la gaine et le cône divergeant tous les deux dans la même direction de façon à former un étroit passage annulaire pour le son. Ainsi, un faisceau pratiquement parallèle est émis, et seules les réflexions à peu près parallèles au faisceau émis sont détectées. La difficulté signalée plus haut est particulièrement grave dans la mesure de la profondeur de trous ; si pour cette mesure un transducteur ultrasonique était utilisé seul, l'impulsion d'ultrason rayonnerait dans toutes les directions et se propagerait vers le fond du trou par l'intermédiaire de multiples réflexions aussi bien que directement ; de plus le transducteur répondrait au son réfléchi venant de toutes les directions, c'est-8-dire qu'il ne capterait pas seulement la réflexion venant du fond du trou, mais aussi les réflexions qui se propagent avec d'autres réflexions sur les parois du trou.Comme tout trajet comportant des réflexions sur les parois du trou est plus long que le trajet direct, l'usage du transducteur seul provoquerait de fausses lectures donnant une profondeur trop grande du trou, à supposer même qu'une lecture quelconque puisse être obtenue ; les réflexions multiples signifieraient que plusieurs signaux réfléchis seraient détectés en rapide succession au heu d'une impulsion unique, et cela brouillerait le dispositif de mesure. L'invention surmonte cette difficulté en plaçant le filtre à l'extrémité ouverte du trou, le fond du trou étant la surface dont on doit mesurer la distance. Cela est particulièrement important dans les mines. Pour ga rantirJ ue le minerai pourra être correctement brisé à l'explosif, on force des trous de tir selon un dessin déterminé d'une profondeur déterminée, laquelle peut atteindre ou dépasser vingt cinq mètres. Si les trous sont trop profonds, l'explosion pénétrera dans une galerie de mine voisine, ce qui gaspille de l'explosif et peut être dangereux ; et s'ils sont trop courts, l'épaisseur de roche entre la zone exploitée par coups de mine et la galerie voisine sera plus grande que celle qui peut être économiquement disloquée par les procédés classiques, sans être assez épaisse pour permettre un autre tir. Il est en conséquence indispensable que le conducteur des travaux soit en mesure de contrôler la profondeur des trous de tir avant que ceux ci soient chargés d'explosifs.Pendant longtemps ce contrôle a été fait avec une tige de mesure formée de sections que l'on visse l'une à l'autre, mais évidemment il est long de contrôler par de tels moyens un trou de vingt cinq mètres, et il est seulement possible pour des raisons économiques de contrôler un ou deux trous sur chaque parcours, introduisant ainsi dans la conduite des travaux un élément aléatoire. L'invention permet de eontrosler chacun des trous. L'invention réalise aussi un appareil de transmission du son, comprenant un élément à extrémité ouverte formant une gaine tronconique, et un élément interne conique disposé dans le précédent, les angles d'ouverture de la gaine et de l'élément interne étant les mêmes, et l'élément interne étant disposé coaxialement à l'intérieur de la gaine et se rétrécissant dans le même sens ,de façon à former entre les deux éléments un passage annulaire de largeur constante de transmission du son. L'appareil est particulièrement utile comme filtre dans le procédé de mesure exposé ci-dessus. De préférence, l'élément interne est creux et sa base est fermée. La base de l'élément interne peut être en une matière absorbant le son. Dans une réalisation, la surface interne de la gaine et la surface externe de l'élément interne sont en une matière absorbant le son L'élément interne peut être entièrement contenu à l'intérieur de la gaine. On décrira un appareil suivant l'invention, et le procédé de l'invention, en se référant aux figures suivantes, données à titre d'exemples non limitatifs : La figure 1 est une coupe longitudinale d'un appareil suivant l'invention La figure 2 est une élévation frontale montrant 11 extrémité arrière et la bride de montage du même appareil La figure 3 est une élévation frontale montrant l'avant de l'appareil; et La figure 4 est une représentation schématique de l'appareil en utilisation. Suivant les figures 1 à 3, l'appareil comprend une pièce interne conique et creuse 1, dont la base 4 est formée d'une matière absorbant le son, et qui est rigidement montée à l'intérieur d'une gaine externe tronconique 2. La gaine externe est creuse et ouverte aux deux extrémités, et la pièce interne conique est montée coaxialement à son intérieur, de sorte qu'un intervI1e annulaire 3 est formé entre les deux pièces. Les angles d'ouverture de la pièce interne et de la gaine externe sont les mêmes, et l'intervalle annulaire a donc une largeur constante le long de l'appareil. Une bride 5 est formée à l'extrémité arrière de la gaine externe. L'appareil permet d'utiliser des procédés ultrasoniques pour déterminer les profondeurs de trous. En service, un transducteur ultrasonique 9 est fixé à la bride 5, et l'appareil est placé devant l'extrémité d'un trou 11, comme le montre la figure 4. Puis une impulsion venant du transducteur est transmise dans le trou, réfléchie au fond et détectée par le transducteur, et des instruments 12 combinés à celui-ci détermineront la profondeur du trou, d'après le retard entre la transmission de l'impulsion et la réception du signal, de la même façon par exemple que les détecteurs ultrasoniques de fissures et analogues. En considérant de plus près le signal de retour, les ondes sonores se propagent selon un grand nombre de trajets dans l'espace resserré du trou. Comme ces trajets ne sont pas tous parallèles à l'axe du trou, des réflexions se produisent, et le relue de 11 appareil est de filtrer les ondes, en transmettant seulement celles dont les trajets sont approximativement parallèles à l'axe longitudinal de l'appareil c'est-à-dire qui se propagent à peu près en ligne droite le long du trou.Les ondes sonores qui atteignent l'appareil en faisant avec l'axe longitudinal un angle égal à l'angle d'ouverture du cône 1 passent à travers l'intervalle annulaire 3 vers le transducteur sans atténuation ; mais celles qui se propagent dans toute autre direction sont réfléchies entre les surfaces du corne 1 et de la gaine 2, et sont atténuées à un degré qui dépend de angle d'approche et du coefficient d'absorption du son de la matière du cône et de la gaine. Ainsi une impulsion atteignant l'appareil sous un angle égal à l'angle d'ouverture sera en partie transmise directement à travers l'intervalle annulaire 3, mais sera aussi fortement atténuée à la partie diamétralement opposée de l'appareil. Une impulsion venant droit en face sera légèrement atténuée à un égal degré en tous les points, et il est évident d'une fa çon générale que l'appareil fera une différence, pas très pointue il est vrai, entre un son se propageant dans son angle d'ouverture et un son extérieur à cet angle. les impulsions sonores émises par le transducteur suivrant le trajet inverse de celui du son parvenant à l'appareil,de sorte que la plus grande partie du son émis sera transmis dans 1' angle d'ouverture . La matière 4 absorbant le son garantit que le son de retour ne fera pas vibrer le cône 1 et ne créera donc pas de signal parasite. On saisira que le degré d'atténuation du son incident peut varier si l'on change la largeur de l'intervalle 3, si l'on change les angles d'ouverture du cône 1 et de la gaine 2, ou si l'on utilise différentes matières pour le cône et la gaine. Pour l'utilisation dans les mines telle qu'on l'a exposée, l'appareil peut être incorporé en une seule unité avec un transducteur et un appareil de mesure étalonné pour indiquer directement la profondeur d'un trou. Le.dispositif pourrait commodément être actionné par la batterie de la lampe de casque du conducteur des travaux. Mais il est évident que l'invention a une application beaucoup plus large que son utilisation dans l'industrie minière ses autres utilisations et les modifications appropriées à cet effet sont comprises dans le domaine de l'invention. REVEND T CATI ON 1.- Procédé pour mesurer la distance à une surface, consistant à transmettre une impulsion d'ultrason vers la surface, a détecter le son réfléchi par la surface et à mesurer l'intervalle de son entre l'émission de l'impulsion et la détection du son réfléchi, caractérisé en ce que le son est transmis vers la surface et en retour à travers un filtre comprenant une gaine tronconique 2 ayant un cône 1 disposé à son intérieur, la gaine et le cône divergeant tous les deux dans la même direction de façon à former un étroit passage annulaire 3 pour le son. 2.- Procédé selon la revendication 1, pour mesurer la longueur d'un trou borgne, caractérisé en ce que le filtre est placé dans l'extrémité ouverte du trou 11 et la surface est l'extrémité fermée du trou. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le trou est un trou de tir dans une exploitation minière. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les extrémités larges des éléments du filtre font face à ladite surface. 5.- Appareil pour transmettre le son, comprenant un élément de gaine tronconique à extrémités ouvertes, caractérisé en ce aucun élément interne conique 1 est disposé dans l'élément de gaine 2, les angles d'ouverture de la gaine et de l'élément interne étant les mêmes et l'élément interne étant disposé coaxialement à l'intérieur de la gaine et se rétrécissant dans le même sens, de façon à former entre les deux éléments un passage annulaire 3 de largeur constante de transmission de son. 6.- Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément interne est creux et sa base 4 est fermée. 7.- Appareil selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la base de l'élément interne est en une matière absorbant le son. 8.- Appareil selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la surface interne de la gaine et la surface externe de l'élément interne sont en une matière absorbant le son. 9.- Appareil selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'élément interne est contenu entièrement à l'intérieur de la gaine.