Brevet FR2273436A1 — publié le 19751226

La présente invention concerne la technique de mesure ultrasonore et se rapporte en particulier à des dispositifs de contrôle ultrasonore non destructif et à des transducteurs ultrasonores à large bande. Lors de l'étude des procédés et des moyens de la tech- nique de mesure ultrasonore on a souvent affaire aux problèmes que soulèvent l'émission et la réception des oscillations ultrasonores dans une large gamme de fréquences, lorsqu'on travaille avec des matériaux possédant diverses caractéristiques d'affaiblissement en fonction de la fréquence. Actuellement, on utilise dans les transducteurs çltrasonores à large bande fonctionnant ds une gamme de fréquences assez large des émetteurs-récepteurs amortis mécaniquement et électriquement à plans parallèles. Les inconvénients de ces transducteurs résident dans l'irrégularité très prononcez de leur caractéristique fréquentielle et leur faible bande passante, ce qui entraîne une fiabilité insuffisante t une Fatale certitude des résultats du contrôle. le choix approprié des couches de transition d'adapta tion entre le @@@@@@@@@sseur ultrasonore à large bande et le pro- duit à controler permet d'élargir quelque peu la bande passante ; @ependany l'irrégularité de la caractéristique fréquentielle per- siste et lors @ contrôle de pièces présentant des propriétés acoustiques variables ceci entraîne l'instabilité de la caractéristique fréquentielle. En outre, la Lande passante obtenue ne permet pas la mise en oeuvre de beaucoup de procédés ultrasonores de contrôle non destructif, en particulier de la structurométrie ultrasonore. On connaît également des transducteurs ultrasonores à large bande, à épaisseur de résonance variable réalisés sous la forme d'un coin à une seule pente. Un tel transducteur permet de couvrir une large bande de fréquence, mais il possède une irrégularité importante de la caractéristique fréquentielle, les axes géométriques et acoustiques du transducteur ne colncident pas et sa sensibilité est faible. En outre, on connaît des transducteurs ultrasonores à large bande comprenant un corps de révolution avec des surfaces d'extrémité planes et des électrodes portées par ces surfaces. Ces transducteurs présentent également les inconvénients précités Les transducteurs ultrasonores à large bande décrits sont utilisés pour des têtes ultrasonores de sondas es dispositifs de contrôle ultrasonore non destructif, pal mple, pour déterminer l'épaisseur de produits, des défauts, de pièces, des structures de matériaux etc... Les têtes ultrasonores de sondage connues comportent un corps, un amortisseur, un élément piézoélectrique et un élé- ment de protection, l'élément piézoélectrique étant réalisé sous la forme d'un corps de révolution avec des surfaces d'émission planes et parallèles et l'organe de protection étant réalisé sous la forme d'une couche quart d'onde à faces planes et parallèles. Dans la tête de sondage connue l'élément de protection quart d'onde réalise l'adaptation de la résistance acoustique du onvertisseur à la résistance acoustique de la pièce à contrôler dans une gamme de fréquences étroite. Entre l'élément de protection et la pièce se trouve encore une couche de liquide de contact. Au cours du déplacement de la tête de sondage sur la surface de la pièce l'épaisseur de la couche du liquide de contact peut varier dans de larges limites, en faisant varier la fréquence de résonan ce d'émission et de réception du transducteur. b'' L'cément de pro- tection est alors désadapté, ce qui entraîne des oscillations importantes de l'amplitude du signal capté ainsi que la déformation de la caracéristique fréquentielle. On connaît aussi des têtes de sondage ultrasonores analogues à celles décrites plus haut, dans lesquelles on réalise un accord supplémentaire de la fréquence des oscillations ultrasonores au moyen d'une bobine d'inductance. L'inconvénient des têtes de sondage ultrasonores connues réside dans l'impossibilité d'émettre èt de capter des oscillations ultrasonores dans une large gamme de fréquences. Pour passer à une autre fréquence on doit brancher une autre tête de sondage avec une autre bobine d'inductance. On connaît des dispositifs de contrôle non destructif par ultrasons, prévus pour dépister des défauts et déterminer leur caractère, qui sont basés sur le principe de l'analyse de la composition spectrale des signaux, d'écho réfléchis par les defauts. Les dispositifs connus comportent un générateur d'impulsions de sondage avec une large gamme de fréquences, un convertisseur des oscillations électriques en oscillations ultrasonores et inversement raccordé à sa sortie, un bloc récepteur à large bande, raccordé au convertisseur et un bloc de traitement des signaux. Dans les dispositifs connus, comme convertisseur on utilise des éléments piézoélectriques plans amortis. Les éléments piézoélectriques sont caractérisés par un diagramme çde directivi- té du rayonnement comportant un lobe principal et des lobes la téraux. L'inconvénient des dispositifs connus réside dans le fait que la présence de lobes latéraux dans le diagramme de directivité du rayonnement crée dans beaucoup de cas un niveau élevé de bruit sous forme de faux signaux d'écho, que l'on n'arrive pas toujours à supprimer. L'invention vise à créer - un transducteur ultrasonore avec une large bande passante, permettant d'obtenir une caractéristique fréquentielle avec une loi assignée de variation de l'amplidude en fonction de la fréquence, par exemple régulière, à croissance linéaire,à croissance proportionnelle au carré de la fréquence etc.. - une tête de sondage ultrasonore à large bande passante et à contact acoustique stable avec le produit, permettant de passer de façon plus commode d'une fréquence d'oscillations ultrasonores à une autre ; - un dispositif pour le contrôle ultrasonore non destructif à protection élevée contre le bruit. Elle a donc pour objet un transducteur ultrasonore à large bande, comportant un corps de révolution réalisé en matériau à propriétés piézoélectriques et au moins deux electrodes, portées sur les faces d'extrémité du corps de révolution, dont l'une est plane, caractérisé en ce que, l'autre face d'extrémité dudit corps est réalisée avec un profil défini par la loi h' = -p.h . k (f), où p est le rayon en coordonnées polaires de conver sion h, l'épaisseur du transducteur correspondant au ra yon k(f), la caractéristique fréquentielle du transducteur, h', la dérivée de l'epaisseur du transducteur par rapport au rayon de coordonnées polaires. I1 est avantageux de réaliser le profil de la surface d'extrémité du corps de révolution du transducteur présentant une caractéristique fréquentielle régulière dans la gamme des fréquences de fonctionnement selon la relation 2 h = e -aB +c, a et c étant des constantes déterminées par la plage des fréquences de fonctionnement. Lorsque la caractéristique fréquentielle du transducteur crolt selon une loi linéaire dans la plage des fréquences de fonctionnement, il est avantageux de réaliser le profil de la face d'extrémité selon la relation h = c - ap. En outre il est avantageux d'utiiiser le transducteur ultrasonore à large bande dans une tête de sondage pour un contrôle non destructif comportant, à part le transducteur précité, un corps, un amortisseur disposé dans ce dernier, un organe de protection, coopérant avec le transducteur ultrasonore à large bande, le transducteur ultrasonore à large bande passante étant réalisé selon l'une des variantes précitées et étant placé avec sa face d'extrémité plane dirigée vers l'âmortisseur, tandis que la surface de l'élément de protection orientée vers le transducteur ultrasonore à large bande est congruente avec la surface d'extrémité profilée-de celui-ci. I1 est avantageux de doter la tête de sondage précitée d'un noyau ferromagnétique sur lequel est enroulée une bobine d'inductance, formant avec le transducteur ultrasonore à large bandé un circuit oscillant, et d'introduire dans l'entrefer du noyau ferromagnétique un aimant permanent monté de façon à pouvoir être déplacé dans le sens axial. I1 s'est avéré avantageux de prévoir également dans un dispositif pour le sondage ultrasonore, comportant un générateur d'oscillations de sondage modulées en fréquence, un transducteur ultrasonore à large bande, raccordé à la sortie du générateur d'impulsions de sondage modu-lées en fréquence, un bloc récepteur à large bande, raccordé au transducteur ultrasonore à large bande, un bloc de traitement de signaux, raccordé audit bloc récepteur a large bande, dans lequel, selon l'invention, sont introduits un générateur de modulation intrinsèque en fréquence d'impulsions raccordé au transducteur ultrasonore à large bande, et un filtre de lissage branché entre le transducteur ultrasonore à large bande et le bloc de traitement des signaux, ledit transducteur étant réalisé selon l'une des variantes indiquées plus haut. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels les Fig. la, lb, lc, Id, le, if montrent diverses caractéristiques fréquentielles d'un transducteur ultrasonore selon l'invention ; la Fig. 2 représente un transducteur ultrasonore à large bande avec une caractéristique fréquentielle régulière, selon l'invention ; la Fig. 3 représente un transducteur ultrasonore à large bande avec une caractéristique fréquentielle à croissance linéaire, selon l'invention ; la Fig. 4 représente un transducteur ultrasonore à large bande à caractéristiques fréquentielle croissant proportionnellement au carré de la fréquence, selon l'invention ;; la Fig. 5 représente un transducteur ultrasonore à large bande a caractéristique fréquentielle croissant proportionnellement au cube de la fréquence, selon l'invention la Fig. 6 représente un transducteur ultrasonore à large bande avec une caractéristique fréquentielle croissant proportionnellement au logarithme naturel de la fréquence, selon l'invention la Fig. 7 représente un transducteur ultrasonore à large bande à caractéristique fréquentielle linéaire décroissante, selon l'invention les Fig. 8 et 9 représentent des variantes d'un transducteur ultrasonore à large bande avec une caractéristique fréquentielle régulière, selon l'invention la Fig. 10 représente une variante de transducteur ultrasonore à large bande avec une caractéristique fréquentielle à croissance linéaire selon l'invention ;; la Fig. 11 représente une variante d'un transducteur ultrasonore à large bande avec une caractéristique fréquentielle croissant proportionnellement au carré de la fréquence, selon l'invention la Fig. 12 représente les caractéristiques fréquentielles expérimentales d'un transducteur ultrasonore à large bande, selon l'invention la Fig. 13 est une vue d'ensemble d'une tête de sondage selon l'invention les Fig. 14a, 14b, 14c, 14d sont des coupes suivant la ligne XIV-XIV de la Fig. 13 pour diverses variantes de transducteurs ultrasonores à large bande selon l'invention les Fig. 15, 16 et 17 montrent en coupe des variantes de la tête de sondage, selon l'invention la Fig. 18 représente le schéma synoptique d'un dispositif réduisant le niveau du champ latéral du transducteur, selon l'invention la Fig. 19 représente le diagramme de directivité du transducteur avant la suppression du champ latéral selon 1 'inven- tion la Fig. 20 montre le diagramme de directivité du convertisseur après la suppression du champ latéral, selon l'invention la Fig. 21 est une vue de dessus de la tête de la Fig. 16. Tous les transducteurs ultrasonores à large bande décrits plus loin comportent un corps de révolution avec une surface d'extrémité plane, tandis que son autre surface d'extré;nité est profilée, et son profil est réalise en conformité avec la relation h' = ph.k(f) (I) p étant le rayon en coordonnées polaires du transducteur h l'épaisseur du transducteur correspondant au rayon en coordonnées polaires, h', la dérivée de l'épaisseur du convertisseur par rapport au rayon en coordonnées polaires, k(f), la caractéristique fréquentielle requise du transducteur. En introduisant dans l'expression (I) la loi assignée de variation de la caractéristique fréquentielle on peut obtenir un profil de la surface d'extrémité avec une caractéristique fréquentielle assignée.- Dans ce qui suit, ces transducteurs seront appelés convertisseurs à axe de symétrie, à large bande, d'épaisseur variable. On a établit par voie expérimentale que les transducteurs à large bande axialement symétriques, à épaisseur variable émettent et reçoivent par sections annulaires avec des épaisseurs de resonance h = C1 , correspondant aux fréquences émises, 2f C1 étant la vitesse du son dans le matériau du transducteur. Autrement dit, un transducteur axialement symétrique et à épaisseur variable peut être représenté comme un ensemble composé par une grande quantité d'anneaux étroits, placés les uns dans les autres et émettant chacun à sa fréquence. La loi de variation de l'épais- seur de résonance de chaque anneau consécutif se trouve en rapport direct avec la loi voulue de variation de la caractéristique fréquentielle du transducteur.L'expression (I) est obtenue en tenant compte de la variation du diagramme de directivité de chaque anneau en fonction du rayon de l'anneau et de la fréquence des oscillations ultrasonores. On va considérer quelques exemples de calcul du profil de la surface d'un convertisseur axialement symétrique en conformité avec une caractéristique fréquentielle déterminée. 1. Transducteur avec une caractéristique fréquentielle uniforme. La Fig. la représente une caractéristique fréquentielle uniforme de conversion dans une gamme de fréquences allant de f1 à f2. Dans ce cas k(f) = Const=A (2) A étant un coefficient de proportionnalité. La solution de l'équation (1) compte tenu de (2) permet d'obtenir une expression analytique donnant le profil de la surface d'extrémité du transducteur opposée à la surface d'extrémité plane 2 ~ap2 + C, (3) a et c étant des constantes qui sont déterminées par la gamme de fréquences de fonctionnement de la bande passante du transducteur 2. Transducteur à caractéristique fréquentielle croissant linéai rement. La Fig. lb représente une caractéristique fréquentielle de conversion à croissance linéaire dans la bande de fréquences allant de fl à f2. Sur l'axe des abscisses est portée la fréquence et sur l'axe des ordonnées, l'amplitude P. Dans ce cas k(f) = A.f= B (4) h La solution de l'équation (1) en tenant compte de (4) donne pour le profil de la surface du transducteur l'expression analytique h=c-a # (5) 3. transducteur à caractéristique fréquentielle accroissant propor tionnellement au carré de la fréquence. La Fig. îc représente la caractéristique fréquentielle de conversion croissant proportionnellement au carré de la fréquence dans la gamme des fréquences allant de f1 à f2. Dans ce cas k(f) = A.f2=B (6) h2 La solution de l'équation (1) compte tenu de (6) donne pour le profil de la surface du transducteur l'expression analytique h=c-ap (7) 4. Transducteur à caractéristique fréquentielle croissant propor tionnellement au cube de la fréquence. La Fig. Id représente la caractéristique fréquentielle de conversion, qui croit proportionnellement au cube de la fréquence dans la plage des fréquences allant de fl à f2. Dans ce cas k(f)= Af3 = B (8) h3 La solution de l'équation (1) compte tenu de (8) donne pour le profil de la surface du transducteur l'expression analytique 5. Transducteur à caractéristique fréquentielle croissant pro portionnellement au logarithme naturel de la fréquence. La Fig. le représente une caractéristique fréquentielle de conversion croissant proportionnellement au logarithme naturel de la fréquence dans la plage des fréquences allant de f1 à f2. Alors k(f)=In A.f = ln B (10) h La solution de l'équation (1) compte tenu de (10) donne llexpression analytique du profil de la surface du transducteur 6. Transducteur avec une caractéristique fréquentielle linéaire tombante. La Fig. if représente une caractéristique frêquentielle linéaire tombante de conversion dans la gamme des fréquences allant de fl à f2. Dans ce cas k(f) = A = B.h. (12) f La solution de l'équation (1) en tenant compte de (12) donne l'expression analytique du profil de la surface du transducteur: h = 1 (13) a#2 - c - 2 Le transducteur ultrasonore à large bande avec une caractéristique fréquentielle uniforme (Fig.la) comporte un corps de révolution 1 (Fig. 2) réalisé en matériau ayant des propriétés piézoélectriques et des électrodes 2 et 3, portées sur les surfaces d'extrémité du corps. La surface d'extrémité 5 est réalisée selon un profil répondant à la relation (3), tandis que la surface d'extrémité 4 est plane. On considère un exemple concret de calcul d'un transducteur. Le corps de révolution 1 est réalisé en zirconate-titanate de plomb. Le rayon du transducteur est choisi égal à r=10 mm, la gamme de fréquences de fonctionnement est comprise entre f1 : 1,8 MHz et f2 = 10MHz. L'épaisseur maximale au bord du transducteur, correspondant à l'émission à la fréquence fl est donnee par C1 étant la vitesse du son, égale dans le matériau donné à 3,6.10-6 mm/s. L'épaisseur minimale au centre du transducteur correspondant à l'émission à la fréquence f2 est donnée par En introduisant dans l'expression (3) les valeurs des épaisseurs hl et h2 on obtient les valeurs des constantes a et c pour h2 = 0,18 mm et p= O, c = -1,714 ; pour hl = 1 mm et p= r = 10 mm, a = 1,714.10- L'expression (3) devient h = e l,714.102. 2-1,714 (16) Le profil de la surface du transducteur donné est proche d'un profil sphérique concave. Un transducteur à caractéristique fréquentielle uniforme permet de résoudre une série de problèmes de la technique de mesure à ultrasons lorsqu'on doit assurer 11 émission et la réception d'oscillations ultrasonores à spectre uniforme et large. Dans un transducteur ultrasonore à large bande avec une caractéristique fréquentielle à croissance linéaire (Fig. lb) le profil de la surface d'extrémité 6 (Fig. 3) est réalisé selon la fonction (5), et l'électrode 7 est portée sur cette surface profilée 6. On considère un exemple concret de calcul d'un tel transducteur. Le corps de révolution 1 est réalisé en zirconate-titanate de plomb. Le rayon du transducteur est égal à r=10 mm, la gamme de fréquences de fonctionnement est donnée par : fl = 1,8 MHz et f2 = 10 MHz. L'épaisseur maximale au centre du transducteur correspondant à l'émission à la fréquence fl est donnée par L'épaisseur minimale au bord du transducteur correspondant à l'émission à la fréquence f2 est égale à En introduisant dans l'expression (5) les valeurs de l'épaisseur hl et h2, on obtient les valeurs des constantes a et c. pour hl = 1 mm et g O, c=l ; pour h2 = 0,18 mm et p=r=10 mm, a= 8,2.10 3. L'expression (1) se présente alors sous la forme 2 h = 1-8,2.1Q 3- (19) Le profil de la surface du transducteur donné est cons titué par une portion de sphère convexe. Un transducteur avec une caractéristique fréquentielle croissant linéairement permet de résoudre une série de problèmes de contrôle ultrasonore de matériaux, lorsqu'on doit compenser l'affaiblissement en fonction de la fréquence du matériau à sonder. Lorsque la caractéristique fréquentielle du transduc teur ultrasonore croît proportionnellement au carré de la fréquence (Fig. tic), le profil de la surface d'extrémité 8 (Fig. 4) est réalisé d'après la relation (7), et l'électrode 9 est portée sur cette surface profilée 8. On considère un exemple concret de calcul d'un tel transducteur. Le corps de révolution 1 est réalisé en zirconate-titanate de plomb. Le rayon de conversion est choisi égal à r=10 mm, la gamme de fréquences de travail est déterminée par fl = 1,8 MHz et f2 = 10 MHz. L'épaisseur maximale au centre du transducteur correspondant à la fréquence d'émission fl est donnée par ; L'épaisseur minimale au bord du convertisseur correspondant à une émission à la fréquence f est donnée par En introduisant dans l'expression (7) les valeurs des épaisseurs constantes h1 et h2 on obtient les constantes a etc: pour hl = -1 mm et p=0, c=O -2 pour h2 = 0,18 mm et = r = 10 mm; a = 8,2.10 L'expression (7) prend alors la forme h= 1-8,2.10 2. p (22) Le profil de la surface du transducteur donné a la forme d'une surface cnnique. Un tel transducteur permet de résoudre des problèmes de contrôle ultrasonore de matériaux exigeant la compensation d'un affaiblissement élevé en fonction de la fréquence, par exemple dans l'acier, pour une large gamme de fréquences. Lorsque la caractéristique fréquentielle du transduc teur ultrasonore à large bande croît en proportion du cube de la fréquence (Fig. nid), le profil de la surface d'extrémité 10 (Fig. 5) est réalisé en conformité avec la relation (9), et l'électrode 11 est portée sur cette surface profilée 10. Lorsque la caractéristique fréquentielle d'un transducteur ultrasonore à large bande croit en proportion du logarithme naturel de la fréquence (Fig. le) le profil de la surface d'ex trémité 14 (Fig. 6) est réalisé selon la relation (11) et l'elec- trode 13 est portée sur la surface profilée 12. Lorsque la caractéristique fréquentielle du transducteur ultrasonore à large bande tombe linéairement (Fig. lof), le profil de la surface en bout 14 (Fig. 7) est réalisé selon la relation (13) et l'électrode 15 est portée sur cette surface profilée 14. I1 convient de remarquer que pour les transducteurs axialement symétriques, d'épaisseur variable, réalisés selon telle ou telle expression et donnant une caractéristique fréquentielle de conversion voulue, il n'est pas absolument nécessaire que l'une des surfaces d'extrémité du convertisseur soit réalisée plane. Cette surface peut être également Curviligne. Cependant, pour que la caractéristique fréquentielle du transducteur ne varie pas il faut satisfaire à la condition du maintien de la loi de variation de l'épaisseur du transducteur en fonction du rayon dans toute la gamme des fréquences de fonctionnement. Dans ce cas l'expression donnant le profil de la surface du convertisseur n'est pas déterminée par le profil, mais par la loi de variation de l'épaisseur du convertisseur en fonction de son rayon, répondant à l'expression donnée. La Fig. 8 représente un transducteur avec une caractéristique frêquentielle régulière ; la loi de variation de l'epais- seur en fonction du rayon répond à l'expression (3). Dans ce transducteur les deux surfaces d'extrémité 16 et 17 du corps de révolution 1 sont réalisées à profils identiques. Les épaisseurs h1 et h2 sont déterminées de façon analogue à l'exemple donné plus haut du convertisseur avec une caractéristique fréquentielle régulière représenté sur la Fig. 2. La Fig. 9 représente un transducteur avec une caracteristique fréquentielle régulière, et dont la loi de modification de l'épaisseur en fonction du rayon de celui-ci répond également à l'expression (3) ; cependant les profils des surfaces d'extrémi- té 18 et 19 ne sont pas identiques : la courbure de la surface 18 est supérieure à celle de la surface 19. La Fig. 10 représente un transducteur avec une caractéristique fréquentielle croissant de façon linéaire en fonction de la fréquence ; la loi de variation de l'épaisseur en fonction du rayon répond alors à l'expression (5) ; le prof-il de la s-ur- face 20 est convexe, tandis que le profil de la surface 21 est conc-ave. La Fig. 11 représente un transducteur avec une caractéristique fréquentielle croissant en raison du carré de la fréquence et dont la loi de variation de l'épaisseur en fonction du rayon répond à l'expression (7). Le profil de la surface 22 est réalisé conique et convexe, tandis que le profil de la surface 23 est réalisé conique et concave. La Fig. 12 représente les caractéristiques fréquentielles obtenues par voie expérimentale d'un transducteur à caractéristique fréquentielle régulière 24 analogue à celui représenté sur la Fig. 2, et d'un transducteur à caractéristique fréquentielle 25 à croissance linéaire, analogue à celui représenté sur la Fig. 3. Pour la comparaison sur la Fig. 12 on a représenté la caractéristique fréquentielle 26 d'un transducteur amorti électriquement et mécaniquement avec des surfaces planes ct parallè- les et une fréquence de résonance égale à fO=5 MHz. Les transducteurs possèdent les paramètres suivants r= 10 mm, hl = 1 mm, h2 = 0,18 mm. Les courbes de la Fig. 12 mettent en évidence que les caractéristiques fréquentielles obtenues des transducteurs à large bande, axialement symétriques à épaisseur variable sont adaptées convenablement aux caractéristiques fréquentielles de consigne et possèdent une forme beaucoup plus monotone et une gamme de fréquences de fonctionnement plus large que les transducteurs à faces planes et parallèles. Comme indiqué plus haut, les transducteurs axialement symétriques et avec une épaisseur variable émettent et captent par anneaux étroits. Les études réalisées ont démontré que pour ces transducteurs les dimensions de la zone de Fresnel diminuent sensiblement. La limite de la zone de Fresnel pour un transducteur émet tant et captant par un anneau étroit est déterminée par l'expression : Z =p. ha (23) où a est la largeur de l'anneau, p, le rayon de l'anneau, A, la longueur d'onde ultrasonique dans le milieu. L'expression (23) met en évidence que plus l'anneau est étroit, plus la zone de Fresnel est petite, et plus la différence entre les épaisseurs d'un convertisseur axialement symétrique et à épaisseur variable est grande ; plus les dimensions de la zone de Fresnel sont faibles. Par exemple, si pour un transducteur à surfaces planes et parallèles à rayon r=6 mm émettant dans l'eau a une fréquence de 2 MHz, z = 48 mm, pour un tranducteur conique convexe avec une différence d'épaisseur hl = 1 mm, h2 = 0,25 mm, toutes autres conditions égales, par ailleurs z=2,01 mm. La Fig. 13 donne une vue d'ensemble d'une tête de sondage à ultrasons, dans laquelle on utilise des transducteurs axialement symétriques et à large bande d'épaisseur variable. La tête de sondage à ultrasons comporte un corps 27 (Fig. 13), dans lequel se trouvent un amortisseur 28, un transducteur 29, et un élément de protection 30 (Fig. 14a). Le corps 27 possède un connecteur 31. Le transducteur 29 possède une surface d'extrémité plane 32 et une surface d'extrémité profilée 33, dans le cas considéré concave. La tête de sondage est raccordée à un dispositif de mesure de défauts au moyen du connecteur 31. Le transducteur 29 est relié par sa surface d'extrémité plane 32 à l'amortisseur 28. Du côté de la surface d'extrémité profilée 33 du transducteur 29 se trouve l'élément de protection 30 dont l'une des surfaces est plane, tandis que son autre surface, dirigée vers le transducteur, est congruente à la surface d'ex trémité profilée 33 du transducteur.Une telle réalisation de la tête de sondage permet de stabiliser l'amplitude des oscillations ultrasonores émises et captées lorsque l'épaisseur de la couche de liquide de contact entre la tête de sondage et la surface de la pièce varie, c'est-à-dire de stabiliser le contact acoustique entre la tête de sondage et la surface du produit. Par ailleurs une telle réalisation de la tête de sondage permet de stabiliser la répartition en amplitude et fréquence des composantes des oscillations ultrasonores dans le spectre lors du passage à travers la couche de contact. Physiquement l'amélioration de la stabilité du contact acoustique s'explique par le fait, que l'élément de protection est réalisé avec une épaisseur variable et n'entre en résonance à aucune des fréquences du spectre des oscillations ultrasonores. Gracie à ceci l'influence de la variation de l'épaisseur de la couche de liquide de contact sur la caractéristique fréquentielle du transducteur est réduite et l'amplitude des oscillations ultrasonores reste constante lors du passage à travers la couche de contact. Par exemple on a trouvé par voie d'expérience qu'avec une tête de sondage à transducteur à surfaces planes et parallèles de diamètre d=20 mm pour une fréquence f=2MHz avec un élément de protection à faces planes et parallèles, dans le cas d'une modification de l'épaisseur de la couche de 0,1 mm à 0,4 mm, l'amplitude du signal capté varie de 25 dB, tandis que pour la tête de sondage représentée sur la Fig. 14a, lorsque l'épaisseur varie de hl = 1 mm à h2 = 0,25 mm et pour toutes les autres conditions égales cette variation d'amplitude est égale à 3 dB. La Fig. 14b représente une variante de la tête de sondage dans laquelle on utilise un transducteur avec deux surfaces d'extrémité profilées, analogue à celui représenté sur la Fig. 8. La tête de sondage comporte un corps 27 dans lequel sont placés un amortisseur 28, un transducteur 34 et un élément de-protection 35. Le transducteur 34 possède deux surfaces d'extrémité concaves 36 et 37. Dans ce cas la surface de l'amortisseur 28 est profilée inversement à la surface 36 du transducteur 34. L'élément de protection 35 possède une surface plane, tandis que son autre surface, dirigée vers le transducteur 34 est profilée et congruente à la surface 37 du transducteur 34. La Fig. 14c représente une variante de la tête de sondage dans laquelle on utilise un transducteur analogue au transducteur représenté sur la Fig. 9. La tête de sondage comporte un corps 27 dans lequel se trouvent un amortisseur 28, un transducteur 38 et un élément de protection 39. Une surface 40 du transducteur 38 est réalisée convexe, tandis que sa surface 41, dirigée vers l'élément de protection 39, est concave. La Fig. 14d représente encore une variante de la tête de sondage dans laquelle on utilise un transducteur analogue à celui représenté sur la Fig. 10. La tête de sondage comporte un corps 27, dans lequel sont placés un amortisseur 28, un transducteur 42 et un élément de protection 43. Une surface d'extrémité 44 du transducteur 42 est réalisée cynique convexe, tandis que sa surface 45, qui est dirigée vers l'élément de protection 43, est réalisé conique concave. Toutes les variantes décrites des têtes de sondage possèdent une haute stabilité de contact acoustique. En qualité de transducteur on peut utiliser dans la tête de sondage un transducteur à large bande, axialement symétrique, d'épaisseur variable, de forme quelconque. Cependant on doit alors obligatoirement satisfaire à la condition suivante ; la surface du transducteur di rigée vers l'élément de protection doit être curviligne et l'élé- ment de protection doit compléter le transducteur pour délimiter un disque à surfaces planes et parallèles. La Fig. 15 représente une variante de tête de sondage pour un mesureur ultrasonore de défauts avec une stabilité améliorée du contact acoustique. La tête de sondage comporte un corps 46 dans lequel sont placés une bague de contact 47, un transducteur 48 un récepteur 49 et un amortisseur 50. Sur la surface extérieure du corps 46 est montée sur un filetage une douille 51, qui possède à sa base une bague d'appui 52. La douille 51 est fixée sur le corps 46 par un contre-écrou 53. Une poignée 54 possède une douille 55, qui fixe le corps 46. Le couplage électrique entre le dispositif de mesure de défauts et le transducteur est réalisé au moyen d'un connecteur 56, des contacts 57 et 58 et la bague de contact 47. Dans la douille 51 se trouve une tubulure 59 pour l'amenée du liquide de contact. La coopération et la réalisation du transducteur 48, de l'élément de protection 49 et de l'amortisseur 50 est analogue à ce qui est représenté sur la Fig. 14a. La tête de sondage peut fonctionner selon des variantes à contact direct ou à espacement. Ceci est obtenu en avançant la douille 51 de manière qu'entre le plan de la bague d'appui 52 et la surface extérieure de l'élément de protection 49 apparaisse un espacement de largeur désirée. A la place de la bague d'appui 52 on peut utiliser des billes d'appui, disposées sur la périphérie de la surface d'extrémité de la douille 51. La Fig. 16 représente la construction d'une tête de sondage normale à la surface à sonder dans laquelle est prévu un dispositif pour modifier la fréquence des oscillations ultrasonores. La tête de sondage comporte un corps 60, un amortisseur 61, un élément de protection 62, un transducteur axialement symétrique à large bande 63 à épaisseur variable, un noyau ferromagnétique 64, sur lequel est enroulée'une bobine d'inductance 65, raccordée en parallèle au transducteur 63 et formant avec celui-ci un circuit oscillant, un aimant permanent 66, fixé sur une base 67. Sur le corps 60 il est montée une douille 68 avec une rainure intérieure en hélice, raccordée à la base 67 au moyen d'une goupille 69. La tête de sondage est raccordée à un mesureur de défauts au moyen d'un connecteur 70. Sur la surface d'extrémité de la douille 68 sont portées des divisions 71 indiquant la fréquence (Fig. 21). Lorsqu'on tourne la douille 68, l'aimant permanent 66 se déplace dans l'entrefer du noyau 64. Alors, l'intensité du flux magnétique traversant le noyau 64 varie et la valeur de l'inductance 65 est modifiée, ce qui entraîne une variation de la fréquence des oscillations ultrasonores. Si on calibre les divisions de la douille 68 en valeurs de la fréquence on peut rapidement passer d'une fréquence à une autre. La coopération de l'amortisseur 61, de l'élément de protection 62 et du convertisseur 63 est analogue à celle représentée sur la Fig. 14. La Fig. 17 représente la coupe d'une tête de sondage inclinée, dont la construction est analogue à celle de la tête représentée sur la Fig. 16, sauf que dans celle-ci, à la place de l'élément de protection 62 est monté un prisme 72. Actuellement, on relève, dans la pratique mondiale de la mise au point des mesureurs de défauts et des mesureurs d'épaisseur une tendance à créer des appareils avec un amplificateur de réception à large bande. Pour de tels appareils le passage d'une fréquence à une autre est réalisé en ne faisant varier que la fréquence de la tête de sondage. I1 convient de remarquer que les têtes de sondage des conceptions décrites permettent de former des impulsions ultrasonores très courtes qui durent 1 ou 2 périodes d'oscillations. Ceci réduit la valeur de la zone morte, tout en assurant un pouvoir de résolution plus grand et une meilleure précision de mesure. On va considérer un dispositif assurant la suppression du champ latéral du transducteur. Le principe de suppression commandée du champ latéral du transducteur est basé sur la variation de la valeur de l'ouver- ture du convertisseur dans le temps, ce qui entraîne la variation de la position angulaire des lobes latéraux du diagramme de di rectivité du transducteur. Au cours du filtrage du signal capté par le transducteur on forme un diagramme additionné de directivité qui est le résultat de l'addition des lobes latéraux en tenant compte de leur phase. Un tel traitement du signal permet de réduire considérablement le niveau du champ latéral et d'éliminer en tièrement le signal aux endroits où les lobes latéraux additionnés sont en opposition de phase. La variation de la valeur effective d'ouverture du transducteur dans le temps peut être réalisée selon divers procédés, en particulier, par commutation des zones périphériques du transducteur selon une loi assignée et par modulation de fréquence des oscillations ultrasonores. Le diagramme de directivité d'un transducteur avec une ouverture variant dans le temps peut être enregistré sous la forme ou: F (Q,t) est le diagramme de directivité, Q, l'angle du diagramme de directivité, T, la période de modulation de la dimension d'ouverture, Q(t), la dimension d'ouverture, P(x), la répartition d'amplitude de l'ouverture, f, la fréquence du signal, c, la vitesse du son. Si on modifie dans le temps la dimension d'ouverture de telle manière qu'au cours de la période - T/2 où Q-Q1=AQ représente la partie débranchée d'ouverture. On suppose que la répartition de l'amplitude sur la surface du transducteur est uniforme. Alors le diagramme résultant de directivité prend la forme suivante Cette expression met en évidence, que le diagramme de directivité dans sa valeur moyenne acquiert un multiplicateur qui détermine le minimum complémentaire du diagramme de directivité. En faisant varier la profondeur de variation dans le temps de la dimension de l'ouverture (Q1-Q2) on peut faire varier lIa disposition de la zone de minimisation des lobes du diagramme de directivité du transducteur. On peut démontrer que la présence d'une zone de suppression commandée des-lobes n'influence que faiblement le lobe principal du diagramme de directivité du transducteur. On va déterminer le rapport entre la largeur du faisceau d'une sonde avec un système de commande de suppression des lobes latéraux et la largeur du faisceau sans suppression des lobes latéraux. A QO = 0,886 A (28) LQ=C,886 X (29) # #-#1 2 EQo - i + - l (30). A Q Vu que d'ordinaire R-RI AQ Ainsi, le système de suppression commandée des lobes latéraux n'influence presque pas la largeur du maximum principal du diagramme de directivité. En cas de modification de la valeur efficace d'ouverture du transducteur par modulation de la fréquence selon une loi sinusoïdale l'expression (24) pour le diagramme de directivité résultant du transducteur se présente sous la forme oh r, est le rayon du convertisseur f. est la valeur courante de la fréquence des oscillations ultrasonores Afi, la valeur du décalage de la fréquence Io est la fonction de Bessel d'ordre zéro. Le diagramme de directivité acquiert un multiplicateur du type qui détermine une diminution supplémentaire importante du niveau des lobes latéraux du transducteur. La Fig. 18 représente le schéma synoptique du dispositif qui diminue le niveau des lobes latéraux d'un transducteur destiné à déceler des défauts et à déterminer leur nature. Le dispositif cmmporte un générateur 73 d'oscillations de sondage modulées en fréquence, dont la fréquence porteuse des impulsions varie d'une impulsion à l'autre selon une loi en dents de scie, un transducteur axialement symétrique à large bande 74 à épaisseur variable, raccordé au générateur 73 d'impulsions de sondse, un générateur 75 de modulation d'impulsions intrinsèque raccordé au générateur 73, un bloc récepteur à large bande 76, raccordé au transducteur 74, un filtre de lissage 77 et un bloc 75 de traitement des signaux. Le dispositif fonctionne de la manière suivante. Le générateur 78 débite une séquence d'impulsions à haute fréquence avec des fréquences porteuses f1, f2..., f ; le générateur 75 débite une tension de modulation d'impulsions intrinsèque en fréquence, avec une loi assignée de modulation de la fréquence, c'est-à-dire assure le désaccord de la fréquence d'une valeur #fi. La séquence totale d'impulsions à haute fréquence envoyée au transducteur 74 de cette façon peut s'écrire sous la forme f1 + #f1, f2 + #f2,...., fn + #fn. Dans l'intervalle de temps entre l'émission des impulsions de sondage le transducteur 74 reçoit des signaux réfléchis par des défauts, et les signaux des perturbations sont amplifies périodiquement par le bloc récepteur 76. Dans le filtre 77 a lieu l'établissement de la moyenne dans le temps, des signaux des bruits, la diminution du niveau total des lobes latéraux et la suppression totale dans la zone, où les lobes latéraux sont en opposition de phase. En faisant varier la profondeur de modulation intrinsèque en fréquence des impulsions on peut faire varier la position de la zone de suppression totale de l'émission latérale, et en modifiant la loi de modulation intrinsèque on peut faire varier la largeur de la zone de suppression. Ainsi pour une loi sinusoidale de modulation intrinsèque des impulsions la suppression englobe la plupart des lobes latéraux. Le bloc récepteur 78 assure le traitement des signaux selon le problème posé. Par exemple, lorsqu'il faut déterminer le caractère et les dimensions des défauts le bloc 78 procède à une analyse spectrale des signaux réfléchis par les défauts et les compare à des spectres de référence. Les Fig. 19 et 20 représentent à titre d'exemple, les diagrammes de directivité d'un transducteur analogue à celui représenté sur la Fig. 2, de rayon r=6 mm, avec une différence d'épaisseur allant de h1 = 1 mm à h2 = 0,25 mm, relevés avant la suppression de l'émission latérale (Fig. 19) et après la suppression de celle-ci (Fig. 20) avec une loi sinusoïdale de modulation intrinsèque des impulsions. La fréquence des oscillations ultrasonores est : f= 2MHz. La comparaison des diagrammes de directivité montre qu'à l'aide du dispositif décrit on peut réduire le niveau du champ latéral de 25 dB, ce qui en pratique est suffisant pour que les lobes latéraux ne créent pas de bruit. Le dispositif donné prévu pour supprimer le champ latéral peut être utilisé également pour les transducteurs à surfaces planes et parallèles dont la bande passante permet la déviation nécessaire de la fréquence. Pour les transducteurs à bande étroite on peut réaliser la suppression du champ latéral en débranchant périodiquement les zones périphériques du transducteur, qui sont branchées selon une loi assignée, à la zone centrale à l'aide d'un commutateur. REVENDICATIONS 1. Transducteur ultrasonore à large bande comportant un corps de révolution en matériau possédant des propriétés piézoélectriques, avec une surface d'extrémité plane et des électrodes portées sur la surface d'extrémité plane et sur la surface qui lui est opposée, caractérisé en ce que le profil de la surface, opposée à la surface d'extrémité plane, est réalisé en con formité avec la relation h' = -p.h.k(f) où p est le rayon de coordonnées polaires de la conversion h, l'épaisseur du transducteur, correspondant au rayon de coordonnées polaires k(f2, la caractéristique fréquentielle du transducteur h', la dérivée de l'épaisseur par rapport au rayon de coordon nées polaires. 2. Transducteur ultrasonore selon larevendication 1, caractérisé en ce que pour obtenir une caractéristique fréquentielle uniforme de conversion dans la gamme des fréquences de fonctionnement le profil de la surface, opposée à la surface d'extrémité plane, est réalisé en conformité avec la relation 2 h = e a + c a et c étant des grandeurs constantes, qui sont déterminées par la gamme des fréquences de fonctionnement. 3. Transducteur ultrasonore à large bande selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque la caractéristique fréquentielle de conversion-croît linéairement, dans la gamme des fréquences de fonctionnement, le profil de la surface-opposée à la surface d'extrémité plane est réalisé en conformité avec la relation 2 h = c - a.p 4. Transducteur ultrasonore à large bande selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque la caractéristique fréquentielle de conversion croît en proportion du carré de la fréquence dans la gamae ues fréquences de foncticinewnt:, le profil de la surf ace, opposée à la surface d'extrémite plane, est réalisé selon la relation h=c-ap 5.Transducteur ultrasonore suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, appliqué à une tête de sonaage pour le contrôle ultrasonore non destructif, comportant un corps, un amortisseur disposé dans le corps, le transducteur ultrasonore raccordé à l'amortisseur et un élément de protection, caractérisé en ce que le transducteur est disposé de telle manière que sa surface d'extrémité plane soit oriente vers l'amortisseur, et la surface de l'élément de protection dirige vers le transducteur ultrasonore est congruente à la surface, opposée à la surface d' extrémité plane. 6. Transducteur suivant la revendication 5, caractérisé entre qu'il est associé à une bobine d'inductance enroulée sur un noyau ferromagnétique équipant ladite tête, de manière à former un circuit oscillant, un aimant permanent, déplaçable dans le sens axial étant placé dans l'entrefer du noyau ferromagnétique.