Brevet FR2427754A1 — publié le 19791228

L'invention s'applique à la surveillance de l'évolu- tion dans le temps de l'état de structures métalliques soumises à des efforts importants. pour localiser les defauts qui peuvent apparaitre dans de telles structures, on surveille de fanon connue l'existence de points eventuels d'émission acoustique ultrasonore au sein des matériaux constitutifs de la structure. De façon plus précise, l'invention s'applique à la surveillance en continu. dans le temps de l'e vol ution de la qualité d'une cuve métallique de réacteur nucléaire par l'"écoute" des bruits ultrasonores que celle-ci.peut engendrer sous l'influence de fissures ou de craquelures qui peuvent avoir tendance à s'y développer. L'un des problèmes d'emploi de certains capteurs d'émission acoustique existant à ce jour réside dans la difficulté de séparer les bruits électromagnetiques qui peuvent être captés par la sonde avant que le signal élec- trique ne soit transmis au préamplificateur et qui se trouvent mélangés au signal ultrasonore, caractéristique de l'apparition d'un défaut, que l'on cherche à isoler D'autres bruits d'origine pursmant mécanique sont également sus ce pti- bles d'agir comme des parasites rendant difficiles lidenti- fication exacte du signal à baute fréquence recherché.Enfin, le signal ultrasonore émis par une cuve de réacteur nucleai- re est généralement enduit, pour être exploité, à une cer tains distance de la cuve elle sême par un guide d'ondes constitué d'une tige métallique soudée à ladite cuve, or, tous les capteurs existants à l'he-ure actuelle ne s'adep- tent pas facilement à un tel guide d'ondes. Enfin, dans les techniques connues de surveillance d'apparition de défauts par émission acoustique ultrasonore, on utilise En grand nombre de capteurs répartis selon différantes mailles et la localisation du défaut en cause se fait par mesure de la différence des temps de parcours du signal ultrasoncre émis depuis le point d'émission jusqu'aux différents capteurs d'une même maille.On conçoit donc que la précision des résultats de la mesure soit directement fonction de l'inten ité du signal électrique fourni ainsi. que de la pente de celui-ci, c'est--à--dire finalement du temps, aussi-b.ref que. possible, dans-laquel il est souhaitable qu'il atteigne sa valeur maximale, La présente invention a pour. objet un capteur d'émission acoustique qui permet à l'aide d'une disposition tres simple de pallier les inconvénients rappelés précédemment. Ce capteur d'émission acoustique de longueur d'onde X est caractérisé en ce qu'il comprend deux pastilles piézo- électriques Juxtaposées de même épaisseur #/2 et de pol.arisa-- tion opposées, séparées par une feuille électriquement isolante, les deux faces extrêmes opposes des pastilles étant reliées à la masse, le-signal électrique traduisant l'émission acoustique étant prélevé sur les deux faces en regard de part et d'autre de ladite feuille isolante, et l'ensemble des deux pastilles piézoélectriques étant monté sur un support l'isolant de la structure sur laquelle- est effectuée l'écoute de l'omission asoustique-. On voit que, de par sa constitution même, le capteur comprend deux pastilles piézoélectriques déphasées dans l'espace d'une demislongueur d'onde dans le sens du trajet de l'onde et de polarités opposées. A chaque instant, l'état de contrainte de chaque pas-tille est donc en opposition de phase avec celui de la pastille associée : comme par ailleurs ces deux cellules sont montées électriquement en série, on recueille aux bornes de l'ensemble un. signal électrique dont la tension est double de ce que serait le signal émis par une pastille seule.On obtient ainsi un signal qui présente une pente augmentée, ce qui facilite la détermination des differences de- parcours entre le point d'émission et les différents capteurs et permet une amélioration notable de la précision avec laquelle on peut localiser les sources d'émission acoustique, donc les defauts qui apparaissent dans un milieu à surveiller. Par ailleurs, l'utilisationd'un montage différentiel des deux pastilles piézoélectriques permet une élimination des bruits électromagnétiques qui conduisent à un si gnal élactrique global nul. Comme on choisit généralement la fréquence de résonance des pastilles piézoélectriques dans le domaine des hautes fréquences Cpar exemple dans la bande des 100 à 500 kHz), on élimine ainsi également les bruits parasites d'origine mécanique qui se situent principalement dans le spectre des fréquences sonores mais qui peuvent-s'étendre jusqu'à 50 kHz. Enfin, l'isolation électrique réalisée par le support isolant sur lequel repose le capteur élimine toutes les fuites électriques par la masse, rendant ainsi la précision des mesures beaucoup plus élevée. Lorsque la nature de la masse métallique surveille par émission acoustique ultrasonore l'exige, il est possible d'effectuer les mesures en planant le capteur à une certaine distance de celle-ci notamment en le situant à 1' extrémité d'un guide d'ondes ultrasonore métallique dont l'autre extré- mite est soudée directement sur la masse. Ce cas d'application est notamment celui des réacteurs nucléaires en fonctionnement, ce qui permet alors de soustraire le capteur à la fois à des températures, qui pourraient être relativement élevées, ainsi qu'à l'effet des radiations nucléaires. -De toute façon l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de deux exemples de mise en oeuvre faite en se référant aux figures 1 et 2 ci--jointes sur lesquelles - la figure I est une vue d'ensemble schématique d'un capteur d'émission acoustique selon l'invention - la figure 2 est un exemple d'application du capteur de l'invention à la surveillance d'une cuve de réacteur nucléaire. Sur la figure 3, on a représenté les deux pastilles piézoélectriques I et 2 juxtaposées en etant séparées par une feuille isolante 3 et dont les polarités figurées par les flèches Fa et F2 sont de sens opposés, Conformément à l'n- vention, les deux pastilles 1 et 2 ont rigourausement la même épaisseur et celle-ci est égale à une demi-longueur d'onde #/2 de l'onde acoustique ultrasonore. dont on yeut détecter l'arrivée éventuelle en provenance de la direction représentée par la flèche F3 Conformément à l'invention, les deux pastilles 1 et 2 sont montées électriquement en -série en ce sens que les deux faces homologues 1a et 2a des pastilles 1 et 2 sont réunies entre elles par un conducteur 4 et à la masse par un conducteur 5 et le socle conducteur 8 alors que les faces homologues 1b et 2b en regard l'une de l'autre de chaque coté de la feuille isolante 3 sont connectees aux électrodes de sortie 6 et 7 entre lesquelles on recueille le signal électrique caractéristique de l'arrivée d'une onde ultrasonore sur le coapteur.La face la de la pastille 1 repose sur un socle conducteur 8 lequel repose à son tour sur un support isolant 9 destiné à mettre en contact le détecteur avec le milieu dans lequel on. cherche à mettre en évidence la présence d'une onde acoustiq e. A cet effet, ledit support 9 électriquement isolant est choisi: pour avoir une épaisseur suffisamment faible de façon à ne pas perturber la propagation de l'onde acoustique à détecter. Le fonctionnement du capteur de la figure I se comprend aisément : en effet, l'onde acoustique de compres sion qui attaque la base S du détecteur commence par exc-iter la première pastille 1 à sa fréquence de résonance propre, puis elle atteint -la deuxième pastille 2 après une demipériode du signal, correspondant par conséquent à un déphasage d'un-e demi-longueur d'onde, c'est-à-dire à un signal électrique égal mais de sens opposé à celui qui est induit dans la pastille 1. Comme par ailleurs la polarisation de la pastille 2 est de sens directement opposé à celle de la pastille 1, les signaux électriques disponibles sur les faces en regard des pastilles i et 2 s'ajoutent pour donner entre les électrodes 6 et 7 un signal double de celui qu'aurait donné une seule pastille. Sur la figure 2, on a représenté le montage possible du capteur objet de l'invention à l'extréjnité d'un guide d'ondes 10 constitue d'une tige de métal pleine, soudée à sa base en 11 sur la paroi- 12 d'une cuve de réacteur nucléai-= re que l'on désire surveiller. Le capteur S3 > identique à celui de la figure -T, est placé à l'etrémité du guide d'ondes 10 par l'intermédiaire du support isolant 9 qui réalise son indépendanca électrique par rapport au reste de l'ions tallation. Un Blindage -électrique T4 protège le capteur 13 des influences électriques extérieures. Dans un montage de ce genre, l'énergie acoustique qui parvient à-l'extrémité du guide d'ondes est disponible principalement sous la forme d'une onde longitudinale guidée correspondant par conséquent à uns onde de compression qui attaque ainsi le capteur dans les meilleures conditions. REVENDICATIONS 1. Capteur d'émission acoustique de longueur d'onde A, caractérisé en ce qn'il comprend deux pastilles piézoélectriques juxtaposé-es de même épaisseur #/2 et de polarisation opposée, séparées par une feuille électriq.uement isolante, les deux faces extrêmes opposées des pastilles étant reliées à, la masse, le signal électrique traduisant l'émission acoustique étant prélevé sur les deux faces en regard de part et d'autre de ladite feuille isolante, et l'ensemble des deux pastilles piézoélectriques étant monté sur un support l'isolant de la structure sur laquelle est effectuée l'écoute de l'émission acoustique. 2. Application du capteur -selon la revendication 1 à la surveillance des défauts des cuves d'acier de réacteurs nucléaires, caractérisée en ce qu'on place ledit capteur à l'extrémité d'un guide d'onde ultrasonore métallique dont l'autre etrémité est soudée directement sur la cuve.