Brevet FR2496267A1 — publié le 19820618

I Dispositif à écho d'impulsion destiné âàl'obtention d'une information relative à un fluide en circulation " La présente invention concerne l'obtention d'une information relative à des courants de fluide, comme par exemple l'existence de discontinuitésdans le fluide, ou la composition du fluide. L'état actuel de la technique en ce qui concerne la détection de discontinuités dans un courant de fluide est décrit de façon complète dans les brevets US 4 112 773 et 4 214 484. L'état de la technique en ce qui concerne l'obtention d'une.information relative à la composition du fluide est décrit dans la demande de brevet US 136 169, dé- posée le 31 mars 1980. Il est souhaitable d'augmenter le rapport signal à bruit dans les dispositifs d'exploration par écho d'impul- sion, en éliminant les signaux acoustiques parasites suscep- tibles d'être détectés par le dispositif. Une source de tels signaux parasites est constituée par les ondes sonores aléatoires générées par les dispositifs eux-mêmes, ces ondes aléatoires entrant dans la matière à côté du dispositif et se réfléchissant finalement vers le dispositif, en nuisant ainsi à l'aptitude du dispositif à détecter les signaux porteurs d'information. On a découvert qu'il était possible d'améliorer le rapport signal à bruit d'un dispositif à écho d'impulsion, en revêtant-la matière de transmission du son adjacente au dispositif à écho d'impulsion avec une couche d'absorption du son, cette couche ayant une impédance acoustique adaptée à la matière, grâce à quoi l'énergie ultrasonore qui se pro- page dans la matière passe dans la couche d'absorption du son dans laquelle elle se dissipe, au lieu de retourner vers le dispositif à écho d'impulsion. Dans des modes de réalisation préférés, la couche d'absorption du son consiste en résine époxyde fonnant un revête- ment autour d'un support en métal pour un émetteur-récep- teur ultrasonore. Dans un autre mode de réalisation préféré, la résine époxyde forme un revêtement autour de la partie d'un tuyau adjacente à un émetteur-récepteur ultrasonore. Un aspect de l'invention porte sur un support destiné au montage d'un dispositif à écho d'impulsion sur un tuyau, ce support comprenant une partie de support mu- nie d'un trou borgne placé au-dessus d'un fond conçu de façon à s'ajuster sur le tuyau, ce trou borgne maintenant un transducteur; et des moyens destinés à fixer le sup- port sur le tuyau. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation don,- nés à titre non limitatif; dans cette cescription, on se réfère aux dessins annexes sur lesquels -La figure 1 est une vue en perspective de l'émet- teur-récepteur ultrasonore de l'invention en place sur un tuyau; La figure 2 est une coupe agrandie de l'émetteur- récepteur ultrasonore de la figure 1; La figure 3 est une coupe agrandie d'une partie de l'émetteur-récepteur de la figure 2; La figure 4 est une vue en perspective d'un au- tre émetteur-récepteur ultrasonore placé sur un tuyau;et La figure 5 est une coupe agrandie de l'émetteur- récepteur ultrasonore et du tuyau de la figure 4. On va maintenant considérer la figure 1 sur la- quelle on voit un tuyau 10 ayant une paroi latérale 12 et un alésage intérieur 14. Un émetteur-récepteur ultrasonore 16 est monte sur la paroi latérale 12. Le tuyau 10 est en acier et il a un diamètre de 25 cm. Comme le montre la figure 2, l'émetteur-récepteur ultrasonore 16 comprend un support 18 et un bouchon 30. Le support 18, qui est en acier, comporte un fond concave 20 et un trou borgne central 22. Le fond du trou 22 se trouve à 0,5 mm au-dessus du fond concave 20. Deux aimants 24 sont disposés aux extrémités opposées du support 18, près de son fond concave 22. Chaque aimant 24 exerce une force d'attraction d'environ 22 N. Un cristal circulaire 26 est fixé dans le fond du trou borgne 22 par une couche mince de résine époxyde 20. Le cristal 26 est un cristal de niobate de lithium fonction- nant à 3 MHz qui a un diamètre de 12,7 mm et qui comporte une électrode supérieure (non représentée) de 9,5 mm de diamètre. Ce cristal est vendu par la firme Valpey-Fisher Company, Hopkington, Massachusetts.La résine époxyde est cons- tituéepar le produit 3M Scotch Weld Structural Adhesive 2214. Le bouchon en aluminium 30 s'ajuste dans le trou borgne 22 et couvre le cristal 26. Un câble 32 est connec- té au bouchon 30. La connexion électrique entre le cristal et le câble 32 (non représentée) et un contrefort en résine époxyde 34 pour le cristal sont les mêmes que dans la demande de brevet US 187 615, déposée le 15 septembre 1980. Les dispo- sitifs électroniques auxquels le câble;2 est connecté sont de préférence ceux décrits dans la demande de brevet US 136 169 déposée le 31 mars 1980. Une fois que le bouchon 30 a éténmis en place, on revêt l'extérieur du support 18, sauf son fond concave , d'une couche de résine époxyde 36,sur une épaisseur d'environ 3 mmLa résine époxyde qui est le produit 3M Scotch Weld Structural Adhesive 2214, est ensuite durci pendant 40 minutes à 1200C. Lorsque la couche de résine époxyde 36 a été durcie, on recouvre la région située entre le fond concave 20 du sup- port et la paroi latérale 12 du tuyau 10 avec de la graisse pour robinet, pour assurer un bon-couplage acoustique,puis on fixe l'émetteur-récepteur ultrasonore 16 sur le tuyau d'acier 10 au moyen des aimants 24. Si le tuyau n'est pas magnétique, par exemple s'il est en titane, on peut uti- liser une courroie ou un collier pour maintenir l'émetteur- récepteur en place. On fait ensuite fonctionner l'émetteur-récepteur ultrasonore 16 de la manière décrite dans la demande de brevet US 136 169 déposée le 31 mars 1980, et les lentilles formées par le fond concave 20 et la courbure intérieure de la paroi latérale 12 du tuyau focalisent le faisceau ultrasonore dans le courant de fluide. Comme le montre la partie agrandie du support 18 qui est représentée sur la figure 3, de l'énergie ultra- sonore de fuite provenant du cristal 26 (qui est représentée par la flèche) se propage dans le support en acier. Du fait de la mauvaise adaptation d'impédance acoustique en- tre le métal et l'air, la quasi-totalité de ce son para- site serait réfléchie dans le métal lorsque le son rencon- trerait une frontière support-air, et elle retournerait finalement vers le cristal 16 dans lequel elle rendrait très bruyant le signal détecté porteur d'information. Cependant,la couche de résine époxyde 36 a une bien meilleure adaptation d'impédance acoustique avec le support 18, ce qui fait que, comme le montre la figure 3, la majeure par- tie du signal sonore de fuite présent dans le support 18- passe dans la couche 36 au lieu d'être réfléchie à la frontière couchesupport.Du fait que la couche de résine époxyde 36 absorbe le son et qu'elle a une épaisseur importante, la majeure partie du signal qui entre dans la couche se dissipe avant de retourner vers le support 18. Par consé- quent, très peu de signaux parasites retournent vers le cristal et le rapport signal/bruit est amélioré. Les figures 4 et 5 montrent un autre mode de réa- lisation dans lequel un tuyau 40, qui mesure 13 mm de dia- mètre et est en titane, comporte une paroi latérale 42 avec un trou borgne 44. Un émetteur-récepteur*ultrasonore 46 est monté dans le trou borgne 44. L'émetteur-récepteur 46 comprend un cristal 48 fixé au fond du trou 44 de la même manière que dans le mode de réalisation précédent, et un bouchon 50 connecté comme dans le mode de réalisation précédent. Le cristal 48 est un cristal de niobate de lithium fonctionnant à 10 MHz, ayant un diamètre de 6,4 mm et une électrode supérieure (non représentée)de 1 mm de diamètre. On utilise çe cristal plus petit pour les applications con- cernant de plus petits tuyaux. Le trou borgne 44 peut être percé directement dans la paroi latérale 42 du tuyau 40,- au lieu d'utiliser le support du mode de réalisation pré- cédent, lorsque l'écoulement dans le tuyau n'est pas trop chaud ou sous une pression trop élevée. Une couche de résine époxyde 52 du même type que dans-le mode de réalisation précédent entoure le tuyau 40. La couche 52 a environ 3 mm d'épaisseur. Au cours du fonctionnement, des signaux de fui- te (représentés par les flèches) provenant du cristal 48 pénètrent dans la paroi latérale 42 du tuyau 40. Habituel- lement, du fait de la frontière métal-air, comme il a été expliqué précédemment, le signal demeurerait dans la paroi latérale 42 et se propagerait transversalement autour du tuyau 40, jusqu'à ce qu'il retourne au cristal 42 avec un niveau presque égal à son niveau initial. En fonction d'un certain nombre de facteurs parmi lesquels la nature de l'écoulement et le temps entre les impulsions d'énergie ultrasonore. provenant du cristal, dans le cas du tuyau plus petit d'un diamètre de 13 mm, le signal parasite peut retourner jusqu'au cristal 48 à temps pour perturber l'écho de retour provenant de l'écoulement. Avec le tuyau plus grand, de 25 cm de diamètre du mode de réalisation préféré, ce signal parasite retournerait trop tard pour produire une perturbation et il n'est donc pas nécessaire d'appli- quer une couche autour du grand tuyau dans les conditions normales de fonctionnement. Ainsi, comme le montre la fi- gure 5, la couche de résine époxyde 52 absorbe une partie du si- gnal chaque fois que celui-ci rencontre la frontière résine époxyde-tuyau, jusqu'à ce qu'une très faible fraction du signal demeure présente pour rentrer dans le cristal, lor- que le signal a fait le tour du tuyau. Il convient de noter que dans toute cette demande, on emploie l'expression "adaptation d'impédance acoustique" dans un sens général seulement, et qu'elle n'implique pas une adaptation exacte entre les matières et la couche de ré- sine-époxyde. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif à écho d'impulsion destiné à l'ob- tention d'une information concernant un fluide en circula- tion, caractérisé en ce qu'il comprend: un transducteur (26, 48) destiné à produire des ondes d'énergie, ce trans- ducteur étant en cormmunication acoustique avec ue matière de transmission du son (1B, 40); et une couche d'absor- ption du son (36, 52) qui revêt cette matière, cette cou- che présentant une adaptation d'impédance acoustique avec la matière de façon que la majeure partie des ondes sono- res parasites éventuelles qui se propagent dans la matiè- re passent dans la-couche, dans laquelle ellesse dissipent. 2. Dispositif selon la-revendication 1, carac- térisé en ce que la couche (36, 52) est en résine époxyde et la matière est du metal. -5. Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce qu'on durcit la couchede résine époxyde à 120 C après l'avoir appliquée sur la maeière.' 4. Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la couche (36, 52) a-3 mm d'épaisseur. 5. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications I à 4, caractérisé en ce que la matière consiste en un tuyau (40) contenant le fluide en circulation. 6. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications I à 4, caractérisé en ce que la matière consiste en un support (18) pour le transducteur. 7. Dispositif selon la revendication6, carac- térisé en ce que le support (18) comporte un trou borgne dans lequel est monté le transducteur (26), et ce support est accouplé à des moyens (10) destinés à acheminer le fluide en circulation. 8. Dispositif selon la revendication 7, carac- térisé en ce que le support (18) comporte un fond concave (20) conçu de façon à s'ajuster sur la paroi latérale (12) d'un tuyau (10). 9. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 6 à 8, caractérisé en ce que le support comporte au moins un aimant (24) pour fixer ce support sur un tuyau en métal (10). 10. Support destiné au montage d'un dispositif à écho d'impulsion sur un tuyau, caractérisé en ce qu'il comprend:une partie de support qui comporte un trou borgne (22) placé au-dessus d'un fond (20) ce fond étant conçu de façon à s'ajuster sur le tuyau (10) et le trou borgne contenant un transducteur (26); et des moyens (24) destinés à fixer le support (18) sur le tuyau. 11. Support selon la revendication 10, caracté- risé en ce que le tuyau est en métal et les moyens de fixation comprennent au moins un aimant (24). 12. Support selon l'une quelconque des revendi- cations 10 ou 11, caractérisé en ce qu'un bouchon (30) protège le transducteur (26). 13. Support selon l'une quelconque des revendi- cations 10 à 12, caractérisé en ce qu'une couche (36)de rési- ne époxyde absorbant le son recouvre le support, sauf sur le fond (20). -