Brevet FR2300341A1 — publié le 19760903

La présente invention concerne un procédé et un appareil de détection par courants de Foucault des pailles pouvant exister dans un corps conducteur, sans utiliser de pont d'impédances. Pour détecter par un examen non destructif la présence de pailles dans un corps conducteur, on emploie couramment le procédé de détection par courants de Foucault utilisant un pont d' impédances. Le principe de ce procédé est le suivant : Le corps examiné est soumis à un champ magnétique alternatif, de façon à être le siège de courants de Foucault; les courants de Foucault varient en fonction de la taille et de la forme du corps examiné, ainsi que des pailles présentes dans ce corps. I1 est donc possible de détecter de façon non destructive les pailles présentes dans le corps examiné, en détectant de façon sélective les variations des courants de Foucault produites par ces pailles. On se réfèrera maintenant à la figure 1 pour décrire plus en détail le procédé et l'appareil de détection de pailles par courants de Foucault, à l'aide d'un pont d'impédances. Sur cette figure, la référence 1 désigne le corps-examiné ; la référence 2 désigne une source d'énergie électrique à haute fréquence qui applique à un pont d'impédances décrit ultérieurement une tension alternative d'une certaine fréquence et d'une certaine amplitude ; la référence ) désigne un pont d'impédances comprenant les bobines de détection de pailles C1 et C2 , et les impédances variables Z1 et Z2, qui est excité par la tension alternative provenant de la source d'énergie électrique à haute fréquence ; la référence 4 désigne un amplificateur à bande étroite qui amplifie la tension de sortie du pont d'impédances 3 ; la référence 5 désigne un détecteur de phase synchrone qui détecte sélectivement une tension de sortie ayant une phase particulière, parmi les tensions de sortie du pont d'impédances 3 amplifiées par l'amplificateur à bande étroite 4 la référence 6 désigne un déphaseur qui règle la phase de la tension de sortie de la source d'énergie électrique à haute fréquence 2, de façon à permettre l'utilisation de cette tension de sortie comme tension de référence pour le détecteur de phase synchrone; et la référence 7 désigne une paille présente dans le corps examiné. Dans cet appareil classique de détection de pailles par courants de Foucault, la paille 7 présente dans le corps examiné 1 est détectée de la manière suivante. Tout d'abord, on applique au pont d'impédances 5 une tension alternative d'une certaine fre- quence et d'une certaine amplitude, grâce à la source d'énergie électrique à haute fréquence 2. Ensuite, le corps examiné 1 est introduit entre les bobines de détection de pailles C1 et C2 du pont 5, ct ce pont est équililJré cn réglallt les impédances variables Z1 et Z2 . Lorsque le pont 3 est équilibré, sa tension de sortie est nulle. Dans cet état, le corps examiné 1 est déplacé dans la direction indiquée par la flèche sur la figure 1.Lorsque la paille 7 présente dans le corps examiné 1 traverse les bobines de détection C1 et C2, elle provoque un désoquilibre du pont 5, ce qui fait apparaltre en sortie de ce pont une tension de déséquilibre correspondant à cette paille. Cette tension de déséquilibre constitue un signal de détection de paille. Ce signal est amplifié par 1' amplificateur à bande étroite 4, pour donner une valeur supérieure dans un rapport 100 à 1C00, et le signal de sortie de l'amplificatéur est appliqué au détecteur de phase synchrone 5.Simultanément, la tension de sortie de la source d'énergie électrique à haute fréquence 2 est appliquée au détecteur de phase synchrone 5 pour jouer le rôle de tension de référence, après avoir été déphasé par le déphaseur 6, afin de permettre une détection satisfaisante du signal de détection de paille correspondant à la paille 7 présente dans le corps examiné 1. Le signal apparaissant en sortie du détecteur de phase synchrone 5 est mesuré avec un appareil de mesure ou un enregistreur (non représentés), pour détecter la paille 7 présente dans le corps examiné 1. Le procédé et l'appareil classiques de détection de pailles par courants de Foucault présentent les inconvénients suivants: (1) Si le signal de sortie de la source d'énergie électrique à haute fréquence 2 contient une composante harmonique, celle-ci peut provoquer une saturation de l'étage final de l'ampli- ficateur à bande étroite 4, ce qui diminue la précision de l'appareil de détection de pailles par courants de Foucault, et diminue la linéarité du signal de détection correspondant à la paille 7. (2) Certains composants du circuit, comme la résistance variable et le condensateur constituant le pont d'impédances 7 présentent des variations de leurs caractéristiques sous l'effet des variations de température ou du vieillissement, ce qui peut provoquer un déséquilibre du pont 5 en l'absence de paille dans le corps examiné. I1 apparat alors une tension de déséquilibre qui ne permet pas une détection précise des pailles. ()) L'appareil de détection de pailles par courants de Foucault utilise des circuits complexes et est d'un réglage et d' un entretien difficiles. (4) I1 est nécessaire d'utiliser un amplificateur à bande étroite pour éliminer les composantes harmoniques éventuelles, -ce qui empoche également une détection précise des pailles. (5) La conversion effectuée par les bobines de détection de pailles Cl et C2 entre une variation d'impédance et un signal électrique correspondant s'effectue avec un rapport fixe. (6) La source d'énergie électrique à haute fréquence 2 doit comporter un amplificateur de puissance, de façon à présenter une faible impédance de sortie. Du fait des inconvénients ci-dessus du procédé et de 1' appareil classiques de détection de pailles par courants de Foucault, il est souhaitable de pouvoir disposer d'un procédé et un appareil de détection de pailles par courants de Foucault permettant une détection précise des pailles, indépendamment des variations de caractéristiques des composants sous l'effet du vieillissement ou des variations de température, en utilisant un circuit de configuration simple,et2eréglage et d'entretien faciles. Cependant, il n' existe pas dans l'art antérieur de procédé et d'appareil répondant à ces conditions. L'invention a donc pour objet un procédé et un appareil de détection de pailles par courants de Foucault permettant une dé- tection précise indépendamment des variations de caractéristiques des composants sous lteffet du vieillissement ou des variations de température, et utilisant un circuit de configuration simple,et deréglage et d'entretien faciles. L'invention a également pour objet un procédé et un appareil de détection de pailles par courants de Foucault n'utilisant pas de pont d'impédances. Selon l'une des caractéristiques de l'invention, un procédé de détection de pailles par courants de Foucault comporte les étapes suivantes : on utilise des bobines de détection de pailles pour former le circuit de contre-réaction d'un amplificateur à contre-réaction ; on engendre des courants de Foucault dans un corps examiné, à l'aide du champ magnétique alternatif produit par les bobines de détection ; on convertit les variations d'impédance des bobines de détection, sous l'effet des variations des courants de Foucault engendrées par la présence d'une paille dans le corps examiné, en variations du gain de l'amplificateur à contre-réaction ; on détecte la tension de sortie fournie par l'amplificateur à contre-réaction, de façon à prélever un signal de détection correspondant à la présence d'une paille dans le corps examiné ; et on mesure ce signal de détection. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d' exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels -La figure 1 est un schéma mcntrant les principes du procédé et de l'appareil classiques de détection de pailles par courants de Foucault, utilisant un pont d'impédances ; -Les figures 2 et 5 sont des schémas montrant les principes du procédéetdel'appareil de l'invention pour la détection de pailles par courants de Foucault. Selon l'invention, un signal de détection traduisant la présence d'une paille est engendré en formant le circuit de contreréaction d'un amplificateur à contre-réaction à l'aide des impédances des bobines de détection de pailles, sans utiliser le pont d' impédances classique ; en convertissant les variations d'impédance des bobines de détection , en présence d'une paille dans le corps examiné, en variations du gain de l'amplificateur à contre-réaction; et en détectant la tension de sortie qui est fournie dans ces conditions par l'amplificateur à contre-réaction. On décrira maintenant l'invention plus en détail, en se référant aux dessins, et tout d'abord à la figure 2 qui montre les principes du procédé et de l'appareil de l'invention pour la détection de pailles par courants de Foucault Sur la figure 2, la référence 1 désigne le corps examiné , la référence 2 désigne une source d'énergie électrique à haute fréquence appliquant une tension alternative d'une certaine fréquence et d'une certaine amplitude à un amplificateur à contre-réaction décrit ultérieurement; la référence 5 désigne un détecteur de phase synchrone qui prélève sélectivement une tension de sortie ayant une phase particulière, parmi les tensions de sortie amplifiées par l'amplificateur à contre-réaction décrit ultérieurement ; la référence 6 désigne un déphaseur qui règle la phase de la tension de sortie de la source d'énergie électrique à haute fréquence 2, et dont la tension de sortie est utilisée comme référence pour le détecteur synchrone ; la référence 7 désigne une paille présente dans le corps examiné 1 ; et la référence 8 désigne un amplificateur à contre-réaction dont le circuit de contre-réaction est formé à 1' aide des bobines de détection C1 et C2 Dans l'appareil de détection de pailles par courants de Foucault qui est décrit ci-dessus et aui correspond à l'invention, le corps examiné 1 est introduit dans les bobines de détection C1 et C2 , et une tension alternative d'une certaine fréquence et d' une certaine amplitude est appliquée à l'amplificateur à contreréaction 8 à partir de la source d'énergie électrique à haute fréquence 2. La tension de sortie de cet amplificateur à contre-réaction est ramenée sur son entrée par l'intermédiaire des bobines de détection C1 et C2 . Un champ magnétique alternatif est donc engendré par ces bobines de détection.De ce fait, le corps examiné 1 est le siège de courants de Foucault engendrés par le champ magnétique alternatif et, en réaction, il se produit une variation de l'impédance des bobines de détection C1 et C2 En supposant que les impédances des bobines de détection C1 et C2 valent respectivement Z3 et Zq , le gain A de l'amplificateur à contre-réaction est donné par la formule dans laquelle : G est le gain en l'absence de contre-réaction, et est le taux de contre-réaction. Lorsque la paille 7 présente dans le corps examiné 1 se déplaçant dans la direction de la flèche passe à travers les bobines de détection Cl et C2, les impédances 7.-3 et 24 des bobines C1 et C2 prennent respectivement les valeurs Z3 + a Z3 , et Z4 + A 74 , du ' dU fait de la variation des courants de Foucault produite par la paille 7. I1 s'écoule un certain temps entre les instants de passage respectifs de la paille 7 dans les bobines C-1 et C2, et il s'écoule donc un certain temps entre les instants auxquels les impédances des bobines Cl et C2 , respectivement, varient de la manière indiquée ci-dessus. I1 y a donc une variation correspondante du taux de contre-réaction P , ce qui provoque une variation du gain A de l'amplificateur à contre-réaction 8. La tension d'entrée de cet amplificateur étant constante, on obtient sur sa borne de sortie une tension de sortie proportionnelle au gain, lorsque celui-ci varie. Cette tension de sortie est appliquée au détecteur de phase synchrone 5. D'autre part, la tension de sortie de la source d'énergie électrique à haute fréquence 2 est appliquée ce détecteur de phase synchrone sous la forme d'une tension de référence, après avoir été déphasée par le déphaseur 6, de façon à permettre une détection satisfaisante d'un signal correspondant à la présence d'une paille 7 dans le corps examiné I.La paille 7 présente dans le corps examiné 1 peut donc être détectée en me sur rant la tension de sortie du détecteur de phase synchrone 5, à 1' aide d'un appareil de mesure ou d'un enregistreur (non représentés). Dans l'exemple ci-dessus, les bobines C1 et C 2utilisées sont des bobines annulaires traversées par le corps examiné, mais on peut également utiliser des bobines C1, et C'2 se présentant sous forme de sondes, de la manière représentée sur la figure 5. Sur cette figure, les références C1 et p désignent des bobines en forme de sondes, et les autres références sont identiques à celles de la figure 2. Dans l'exemple précédent, la tension de sortie de l'amplificateur à contre-réaction 8 est détectée par un détecteur de phase synchrone 5 et, selon ltinvention, la tension de sortie de l'amplificateur à contre-réaction 8 ne s'annule jamais. On peut donc accomplir une analyse de phase à livide d'un détecteur d'amplitude du type redresseur, au lieu d'utiliser le détecteur de phase synchrone 5, cyme dans procédé classique fonction nant par déséquilibre d'un pont, dans lequel on obtient avec un détecteur d'amplitude du type redresseur un effet identique à celui obtenu avec un détecteur de phase synchrone, en déséquilibrant le pont sous l'effet des variations de l'amplitude et de la phase produites par la présence d'une paille. Comme il est indiqué en détail ci-dessus, l'invention offre les avantages industriels suivants (1) Le circuit a une configuration beaucoup plus simple que celle du circuit de l'appareil classique de détection de paille par courants de oucault, ce qui diminue le prix de l'appareil et, de plus, facilite le réglage et l'entretien. ( ) Les variations d'impédance des bobines de détection de pailles peuvent être converties sous forme de variations d'un gain dont la valeur peut eAtre fixée arbitrairement. (5) La possibilité d'utiliser un amplificateur à large bande améliore les caractéristiques de phase et de fréquence, et diminue donc les variations des caractéristiques du circuit sous l'effet du vieillissement. (4) I1 est plus facile de modifier la fréquence de travail ; en d'autres termes on peut utiliser n'importe quelle fréquence pour la détection de pailles. (5) La source d'énergie électrique à haute fréquence nta pas à être équipée d'un amplificateur de puissance. Bien entendu diverses modifications peuvent être appor tées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS -1. Procédé de détection de pailles par courants de Foucault, dans lequel : on engendre des courants de Foucault dans un corps examiné, sous l'effet du champ magnétique alternatif créé par des bobines de détection ; on prélève un signal de détection de paille correspondant à la présence d'une paille dans le corps examiné, en amplifiant et en détectant une variation d'bipedance des bobines de détection correspondant à une variation des cou- rants de Foucault produite par la présence d'une paille dans le corps examiné ; et on mesure le signal de détection de paille ; caractérisé en ce que : on établit un circuit de contre-réaction d' un amplificateur à contre-réaction, en utilisant les bobines de détection ; on engendre des courants de Foucault dans le corps examiné, à l'aide du champ magnétique alternatif cree par les ho- bines de détection ; on convertit les variations d'SEEddanne dites bobines de détection, correspondant aux variations des courants de Foucault produites par la présence d'une paille dans le corps e miné, en variations du gain de l'amplificateur à contre-reaction ; et on détecte la tension de sortie de cet amplificateur à contreréaction, de façon à prélever un signal de détection de pailles correspondant à la présence d'une paille dans le corps examiné. -2. Appareil de détection de paille par courants de Foucault, caractérisé en ce qu'il comprend : des bobines de détection engendrant des courants de Foucault dans un corps examiné, ces bobines présentant une impédance variant en fonction des variations des courants de Foucault produites par la présence d'une peille dans le corps examiné ; un amplificateur à contre-rdaction ayant un circuit de contre-réaction formé à l'aide desdites bobines de détection, cet amplificateur à contre-réaction convertissant les variations d'impédance des bobines de détection, correspondant auxdites variations des courants de Foucault, en variations de 1n; un détecteur détectant la tension de sortie de l'amplificateur contre-réaction ; et une source d'énergie électrique à haute ire- quence appliquant une tension alternative à cet amplificateur a contre -réaction. -5. Appareil selon la revendication 2, caract6risd en ce que ledit détecteur est un détecteur de phase synchrone. -4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit détecteur est un détecteur d'amplitude du type redresseur.