Brevet FR2405483A1 — publié le 19790504

Cette invention porte sur des appareils pour l'essai non descriptif d'objets ferromagnétiques allongés tels que des câbles en fils métalliques et se refère particulièrement à la détection des pertes de surfaces de section d'acier et des pertes de résistance mécanique dues à des pailles dans l'objet ou à des fils cassés dans le cas d'un cable toronné. Dans le cas des câbles en fils métalliques, la perte de surface de section d'acier peut être due à l'usure ou à la corrosion et il n'est pas seulement important de pouvoir obtenir, pour des raisons de sécurité, une mesure de la diminution de résistance du câble, mais dans de nombreux cas, l'emploi d'un méthode fiable permettra de prolonger l'utilisation d'un câble là où une détermination imprécise de sa durée de vie aurait provoqué sa mise au rebut prématurée. Selon l'invention, l'appareil du type ci-dessus comporte un moyen d'aimantation pourvu de pièces polaires disposées de façon à fournir une force constante de magnétisation autour et le long de l'objet allongé, selon son axe longitudinal, et un moyen capteur magnétique disposé sous les pièces polaires pour mesurer le champ magnétique à l'intérieur de l'objet pour donner une indication de l'état de l'objet usagé par comparaison avec le niveau correspondant à 11 objet connu en bon état. L'invention envisage également de répartir des capteurs magnétiques dans un collier disposé autour de l'objet dans une position intermédiaire entre les pièces polaires. De tels capteurs peuvent être du type radial pour donner une indication du passage à l'intérieur du collier d'une partie de l'objet dans laquelle existe une discontinuité, par exemple un fil cassé dans un câble en fils métalliques.Les capteurs cités ci-dessus peuvent être dans tous les cas des capteurs à effet Hall ; quoiqu'il puisse exister une certaine vitesse-limite supérieure au-delà de laquelle l'on ne peut obtenir d'indications ou de mesures fiables, les mesures ou indications obtenues par l'appareil de l'invention sont pratiquement indépendantes de la vitesse Quoique l'invention puisse être utilisée pour l'essai d'objets ferromagnétiques allongés, il sera plus commode de la décrire en référence à un câble en fils métalliques et il sera entendu que les références à un câble en fils métalliques seront également valables pour d'autres objets ferromagnétiques allongés. Des versions de la présente invention seront maintenant décrites à titre d'exemple en se référant aux dessins joints, dans lesquels La figure 1 représente une caractéristique spécifique d'aimantation pour l'acier. La figure 2 représente schématiquement une première version de la présente invention La figure 3 représente le circuit magnétique équivalent de l'appareil de la figure 1. La figure 4 représente le circuit électrique associé aux capteurs à pales magnétiques de la figure 2. La figure 5 représente schématiquement une seconde version de la présente invention. La figure 6 représente le circuit magnétique équivalent de l'appareil de la figure 5. La figure,7 représente le collier capteur intermédiaire. La figure 8 représente un signal de sortie du collier de la figure 7 détecté par les capteurs radiaux. La figure 9 représente un signal de sortie du collier de la figure 7 tel qu'il est détecté par les capteurs longitudinaux, et La figure 10 représente le circuit électrique associé à la sortie des capteurs du collier de la figure 7. L'appareil tel qu'il est représenté dans la figure 2 applique un champ magnétique à une certaine longueur de câble en fils métalliques qui est tiré selon son axe longitudinal. Les points auxquels est appliqué le champ magnétique sur le câble métallique sont choisis suffisamment éloignés l'un de l'autre pour assurer que la partie principale du câble située entre ces points présente une densité de flux magnétique sensiblement uniforme sur toute la section du câble d'acier. Par suite de la force constante de magnétisation existant entre les deux points, la densité du flux magnétique sur toute la section d'acier du câble est définie par un point fixe X sur la courbe d'aimantation de l'acier du câble. Si l'on utilise une force de magnétisation suffisante H approchant de la saturation magnétique, comme le représente la figure 1 des dessins joints, la densité du flux B ne sera que peu modifiée par toute magnétisation antérieure du câble ou par un quelconque changement faible de la force de magnétisation H.La densité de flux dans le câble est donc constante pour un matériau donné et l'écoulement du flux magnétique entre les deux points du câble est directement proportionnelle à la surface de la section d'acier du câble. Ce flux magnétique peut être mesuré car il se forme en pénêtrant dans le câble et en en sortant à travers l'entrefer d'air se trouvant sous les faces les plus larges des pièces polaires de l'électro-aimant au droit de ces points du câble. I1 existe un certain champ marginal entre les extrémités libres du câble à l'extérieur de l'instrument, champ qui peut perturber la relation linéaire existant entre le flux polaire et la surface de section d'acier du câble, mais ceci n'affectera pas autrement la détection de la surface de la section d'acier du câble. Les figures 2 et 3 des dessins représentent une première version de l'invention. Sur ces figures, on voit un électroaimant composé de bobinages 1 bobinés sur deux barres séparées 2 et fournissant une force constante de magnétisation entre deux points 3 et 4 d'un câble 5, le flux magnétique étant induit dans le câble par les pièces polaires 6. Des capteurs magnétiques radiaux 7 disposés dans l'entrefer d'air 8 sous l'une ou les deux pièces polaires donnent une mesure du flux magnétique dont le sens est indiqué par les flèches et, par conséquent, de la surface de la section d' acier du câble 9 entre les pièces polaires. Un certain nombre de capteurs radiaux sont utilisés sous une ou sous les deux pièces polaires, de sorte que l'on peut prendre la somme de leurs signaux de sortie pour compenser l'excentricité du câble à l'intérieur de la pièce polaire. Des capteurs à effet Hall sont utilisés comme capteurs magnétiques, car ils sont de faibles dimensions et leur gamme de sensibilité magnétique est convenable. La figure 3 est une représentation schématique du circuit magnétique de cette disposition, dans laquelle 300, 301 représentent les réluctances des bobines A et B et où 302, 303 sont les réluctances des barres A et B respectivement. Les réluctances des pièces polaires 6 sont représentées par 304, 305, 306 et 307 et les pertes des bobines A et B sont représentées par des connexions en pointillé allant respectivement à 308, 309 tandis que les pertes d'un pole à l'autre sont représentées par 310. Les réluctances d'entrefer entourant le câble sont représentées par 311, 312 et le magnétisme du câble est représenté par 313, le sens du flux étant indiqué par la flèche et sa grandeur par . Un schéma synoptique des circuits électriques pour la mesure de la surface de section d'acier est représenté sur la figure 4. Les capteurs disposés sous les pièces polaires sont alimentés par un signal de commande 11 consistant en une onde rectangulaire à environ 100 kH et provenant d'un générateur 400, qui fournit le courant de commande pour tous les capteurs à effet Hall des pièces polaires. Les signaux de sortie 12 de tous les capteurs de pièces polaires, étant proportionnels au champ magnétique, sont additionnés dans un amplificateur 401 et détectés de façon synchrone dans un détecteur 402 pour donner un signal de sortie 13 qui est proportionnel au niveau moyen de champ magnétique détecté par les capteurs 7 de pièces polaires. On doit remarquer que les capteurs 7 placés sous la seconde pièce polaire sont inversés dans le sens de captage. Une tension de référence REF est appliquée au détecteur 402 à partir du générateur 400. Une tension continue 14 réglée manuellement est soustraite du signal de sortie 13 du détecteur pour donner un signal de sortie 15 indiquant la variation de surface de section d'acier. Si la tension continue est étalonnée, on pourra utiliser le réglage d'étalonnage pour donner une tension nulle en 15 et indiquer directement la surface de la section d'acier du câble métallique. D'autre parts B tension continue est réglée de façon à donner une tension nulle en 15 sur une bonne section du câble, la tension en 15 indiquera des variations de la surface de la section d'acier par rapport à la bonne section du câble La tension en 15 peut être amplifiée par un amplificateur à gain contrôlé 403 commandé par la même tension continue 14 de façon à donner un signal de sortie 16 représentant la variation en pourcentage de la surface de la section d'acier du câble par rapport à celle de la bonne section du même chable. Un filtre passe-bas 404 peut aussi être utilisé pour donner un meilleur signal de sortie 17 exempt de bruit, en particulier la fréquence des torons du câble.Le signal de sortie final de la variation en pourcentage de la surface de section peut être directement observé sous forme de signal de sortie analogique ou comparé à des niveaux de seuil pour indiquer une usure excessive ou la présence d'une épissure. L'un des éléments exigés pour la mesure de la surface de la section d'acier du câble est une force constante de magnétisation entre deux points du câble. Ceci peut être obtenu de façon idéale en utilisant un aimant permanent, quoique cela ne convienne pas toujours pour des raisons d'environnement. Un autre aspect de l'invention est donc la présence d'un aimant permanent pour la magnétisation du câble. Cet aimant permanent consiste en un aimant creux cylindrique entourant le câble métallique, avec des pièces polaires en fer doux au droit des points de référence du câble pour induire le flux magnétique a l'intérieur du câble. Cet aimant peut être fendu sur son axe pour lui permettre d'être mis en place sur le câble sur les lieux mêmes. Des capteurs magnétiques radiaux sont contenus comme ci-dessus sous les pièces polaires pour la détection de la surface de la section d'acier. Normalement, un aimant permanent tend à fournir au câble un flux magnétique constant et non une force de magnétisation constante.Si l'on suppose qu'il y a autour de l'aimant permanent un flux raisonnable de pertes, on obtient à l'intérieur du câble une certaine stabilisation de la force de magnétisation. également, si l'on utilise une importante force de magnétisation, approchant de la saturation magnétique, la densité du flux dans le câble est peu affectée par des variations de force de magnétisation dans le câble. Donc on obtient encore une certaine relation du flux magnétique induit dans le câble, proportionnel à la surface de section d'acier. Les figures 5 et 6 représentent une version de cette forme de l'invention. Dans cette version, un aimant creux cylindrique 18 fendu en deux sections, est monté autour du câble métallique à essayer 19. Le flux magnétique de l'aimant permanent est induit dans le câble métallique par l'intermédiaire de pièces polaires 20. Comme ci-dessus, des capteurs magnétiques 21 placés sous les pièces polaires sont utilisés pour permettre de mesurer la surface de la section d'acier du câble métallique. Les signaux de sortie sont également traités de la même façon que précédemment et décrits en référence à la figure 4. La figure 6 est une représentation schématique du circuit magnétique de cette disposition, dans laquelle 600 représente le flux permanent de démagnétisation, 601 la réluctance de démagnétisation de l'aimant, 602 la réluctance de pertes de l'aimant, 603, 604 les réluctances polaires, 606, 606 les réluctances d'entrefer, 607 la réluctance de pertes internes, 608 la réluctance du câble métallique. Un autre aspect de l'invention tient dans l'utilisation de capteurs à effet Hall pour la détection des fils cassés et l'affichage et la mesure de la magnétisation du câble métallique. Un moyen de magnétisation du câble, tel qu'il est décrit en référence aux figures 2 ou 5, est prévu de façon qu'une section du câble en cours d'essai 5 ou 19 soit magnétisé le long de son axe, de sorte qu'un flux magnétique sensiblement uniforme s'écoule le long du câble métallique sur la longueur 9 ou 22. Un collier capteur 23 ou 24 est monté autour du câble concentriquement à ce dernier. Ceci est représenté plus en détail sur la fig. 7. Le collier 25 contient un certain nombre de capteurs magnétiques radiaux à effet Hall 26 également espacés tout autour de la circonférence du collier, afin de détecter les fils cassés. Le collier contient également des capteurs magnétiques longitudinaux 27 qui peuvent aussi être utilisés pour la détection des fils cassés mais qui sont prévus principalement pour la détection du niveau de magnétisation du câble métallique.Il est donc possible de contrôler visuellement la magnétisation fournie par les électroaimants ou les aimants permanents. Le collier est ordinairement fendu de façon à pouvoir être monté avec l'aimant sur le câble métallique, sur les lieux même. La forme du signal de sortie obtenu à partir des capteurs métalliques du collier lorsqu'un câble métallique ayant un fil cassé passe à travers le collier capteur, est représenté sur la figure 8 pour les capteurs radiaux et sur la figure 9 pour les capteurs longitudinaux. L'amplitude de crête du champ magnétique varie comme le cube de la distance de la cassure du fil, tandis que sa largeur est proportionnelle à la distance de la cassure du fil. Le circuit électronique pour la détection du fil cassé est représenté sur la figure 10. Tous les capteurs de collier 26, 27 sont commandés par un générateur 1000 produisant un signal carré d'environ 100 kHz pour fournir le courant de commande pour les capteurs à effet Hall 26, 27. Si l'on considère en premier lieu les capteurs radiaux, tous les signaux de sortie des capteurs radiaux à effet Hall sont additionnes dans un amplificateur sommateur 1001 et détectés de façon synchrone dans un détecteur 1002 pour donner un signal de sortie 29 proportionnel au signal de sortie moyen de tous les capteurs radiaux. La sommation facilite l'élimination du bruit dû au câble. Le signal de sortie en 29 est amplifié dans un amplificateur 1003 de façon à fournir une gamme dynamique convenable de signaux de sortie en 30 et une réaction d'intégration par l'intermédiaire d'un intégrateur 1004 et d'un dispositif sommateur 1005 utilisés pour procurer un couplage en courant alternatif avec une longue constante de temps de l'ordre de 5 secondes. Le signal de sortie en 30 est filtré dans un filtre passe-bas 1006 pour supprimer un peu de bruit, principalement dû aux caractéristiques inhérentes au câble, pour fournir un signal de sortie 31. Un signal de sortie non filtré 32 est aussi fourni. Ce signal de sortie peut être observé directement comme signal analogique ou comparé à un niveau de seuil pour la détection des fils cassés. Le circuit électronique pour les capteurs longitudinaux de détection des fils cassés est fondamentalement identique, mais il n'est ordinairement pas une exigence essentielle. Si lton a besoin d'une indication de magnétisation du câble, on peut utiliser la tension au point 29 pour les capteurs longitudinaux. Dans une version pratique, l'appareil est réalisé en deux parties pratiquement identiques et de préférence articulées sur charnières. Ceci permet d'introduire dans l'appareil un câble toronné. De préférence, l'appareil est autonome avec son circuit électronique incorporé et avec le circuit magnétique dans deux boîtiers étanchés à l'eau, chaque boîtier étant équipé d'une ou plusieurs roues ou poulies de guidage pour permettre au câble toronné de se déplacer librement à travers l'appareil. L'appareil peut être équipé d'une sortie visuelle, par exemple un appareil de mesure qui clignotera pour indiquer un changement de section d'acier, ou d'un système de marquage automatique à la peinture pour marquer le câble à chaque emplacement de discontinuité. I1 est également possible de fixer à l'appareil un enregistreur à bande pour enregistrer toutes les discontinuités en fonction de leur position sur le câble. REVENDICATIONS 1. - Appareil pour l'essai non destructif d'objets ferromagnétiques allongés, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de magnétisation (1, 12) pourvu de pièces polaires (6) disposées de façon à entourer une certaine longueur d'un objet ferromagnétique allongé (5) et à lui appliquer une force sensiblement constante de magnétisation sur son axe longitudinal, et un moyen capteur magnétique (7) sous les pièces polaires pour mesurer le champ magnétique induit dans l'objet à tester, pour fournir, par comparaison avec le niveau associé à ce même objet connu en bon état, une indication de l'état de l'objet usagé. 2. - Appareil conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de magnétisation est un électro-aimant (1). 3. - Appareil conforme à la revendication 1, dans lequel le moyen de magnétisation est un aimant permanent (12). 4. - Appareil conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pièces polaires (6) sont réalisées en deux parties séparées par une certaine distance et en ce que d'autres capteurs magnétiques (26, 27) sont disposés dans un collier (25) entourant l'objet en une position intermédiaire entre les deux ensembles de pièces polaires. 5. - Appareil conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que certains des autres capteurs magnétiques (26) sont radiaux et disposés dans ledit collier (25) pour fournir une indication du passage à travers le collier d'une partie de l'objet dans laquelle se présente une discontinuité, et en ce que l'appareil comprend des moyens électroniques (27, 28, 29, 30, 31) associés auxdits capteurs supplémentaires pour traiter les signaux de sortie provenant des capteurs de façon à fournir une indication de toute discontinuité. 6. - Appareil conforme à la revendication 5, caractérisé en ce qutil comprend un moyen d'enregistrement associé aux moyens électroniques pour l'enregistrement des discontinuités dans ledit objet lorsque ce dernier est déplacé le long des capteurs magnétiques. 7. - Appareil conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les capteurs magnétiques (6, 26, 27) sont des dispositifs à effet Hall.