Brevet FR2499805A1 — publié le 19820813

L'invention est relative à un procédé pour produire et/ou pour recevoir des signaux ultra-sonores en utilisant un cristal piézoélectrique. Lors de l'essai non destructeur d'un matériau avec des ultra-sons, on excite pour les faire vibrer mécaniquement, afin de produire des ondes ultra-sonores, des cristaux de quartz piézoélectriques appelés quartz oscillants. A llin- verse, les ondes sonores réfléchies par un matériau ou bien traversant celui-ci, excitent le quartz oscillant pour le forcer à vibrer mécaniquement, si bien que des signaux dlectriques correspondants peuvent être obtenus à partir de ce quartz. Pour exciter le quartz oscillant dans une tête de contr81e, on a besoin entre autres, d'un couplage mécanique de l'impulsion émettrice, de circuits d'adaptation et de section de transmission, pour être en liaison avec l'émetteur. DU fait de ces dispositions, le signal obtenu dépend de nombreux paramètres ne pouvant être en partie que difficilement définis, si bien que malgré des impulsions émettrices prédéterminées, sans équivoque, des résultats optimaux ne peuvent pas être obtenus. Pour éviter ces inconvénients, l'émetteur, d'après le document DE-OS 27 33 308, est modifié de telle sorte, que les impulsions émettrices sont susceptibles d'être réglées et mises en place en étant respectivement définies en soi tant en ce qui concerne le flanc montant, qu'en ce qui concerne la largeur d'impulsion.De ce fait, il sera possible de pouvoir renoncer à des éléments d'adaptation non nécessaires, tels que des bobines ou des condensateurs, et la production du signal acoustique sera optimisée en tenant compte de tous les paramètres perturbateurs déjà énumérés. Toutefois, une détection précise des signaux reçus à partir du quartz oscillant est rendue difficile dans les dispositifs connus en ce que, rapporté à l'entrée du circuit d'amplification du récepteur, un bruit de fond élevé intervient dans l'émetteur si bien que dans le cas d'impulsions d'excitation trop faibles, l'évolution dans le temps de l'exci- tation dans le cristal oscillant ne peut être déterminée ou bien ne peut l'être que difficilement, c'est-à-dire que l'am- plitude ne peut pas être déterminée. Le but de la prdsente invention est de créer un procédé du type initialement mentionne, tel que l'on obtienne un traitement optimal des signaux, que notamment le bruit de fond à l'entrée du circuit d'amplification soit réduit et que la détermination de l'évolution dans le temps de l'excitation du cristal de quartz piézoélectrique soit améliore, pour obtenir une résolution améliorée, et notamment une détermination meilleure et plus sûre du type et de l'emplacement par exemple de défauts dans des matériaux. Ce but est atteint, conformément à 11 invention, en ce que le cristal est pré-ddiormd par application d'une tension continue. Dans ce cas, la tension continue est appliquée pendant toute la durde de la mesure. De préférence, le cristal de quartz est excité par des impulsions dipolaires de faible amplitude, ce qui n'est pas possible d'après les procédés conw nus. On obtient ainsi notamment l'avantage que des explorations en fréquence peuvent être entreprises et des décalages de phases des signaux reçus peuvent Entre constatés, grtce à quoi on obtient une optimisation du contrale du matériau.En outre, la tension continue appliquée permet que les impulsions émettrices bipolaires soient alimentées par l'intermédiaire d'une capacité et que le cristal piézoélectrique soit excité pour osciller autour de l'état de précoxtrainte défini, I1 en résulte une faible puissance d'excitation car il n'est pas nécessaire, lors de l'excitation à partir de signaux ultra-sonores d'un cristal oscillant piécontraint, de charger les capacités et ilductances existantes lors de ltéta- blissement de la déformation mécanique du cristal, à partir de l'état de repos.Grâce à la basse tension nécessaire pour l'excitation du cristal précontraint, il est possible d'obtenir avec une dépense réduite en comparaison avec l'état de la technique, une fonction définie de façon précise de l'excitation par exemple une fonction sinusoidalee La tension continue appliquée au quartz oscillant pendant toute la durée de la mesure doit, bien entendu, se situer au-dessous de la limite pour laquelle une destruction partielle ou totale du cristal peut se produire afin d'éviter des signaux non définis.Le niveau de cette tension continue dépend alors très fortement des dimensions et du matériau du cristal piézoélectrique. Sour une excitation continuelle au moyen d'une tension continue, conviennent les matériaux piézo- céramiques utilisés dans le contt-81e non destructeur des mat4- rivaux, tels par exemple que le titanate de baryum, le métaniobate de plomb ou bien le titanate de plomb et de zirconium avec des épaisseurs de cristaux de l'ordre de par exemple 0,1 à 4 mm. Une pré-tension entre 300 et 500 V s'est avérée particulièrement avantageuse. Grâce à la tension continue appliquée en permanence, seule une tension réduite doit être mise en oeuvre pour l'excitation du quartz oscillant. I1 est ainsi possible pour des tensions d'excitation de par exemple 350 V à l'état non précontraint, de descendre à 50 V dans le cas d'un quartz oscillant précontraint sous 300 V. Au moyen d'un quartz oscillant précontraint, conformément à l'invention, un traitement à peu près symétrique d'impulsions émettrices électriques bipolaires, ou bien une conversion symétrique des signaux ultra-sonores reçus, est rendu possible pour la première fois lors de la production d'ultra-sons ou bien lors de la réception de signaux ultra-sonores. GrSce à un réglage approprié de l'état de précontrainte, il est possible d'obtenir un rapport à peu près identique de l'impulsion émettrice à l'intensité sonore pour des signaux ultrasoniques positifs et négatifs. Le procédé conforme à l'invention peut être mis en oeuvre dans presque tous les domaines d'application avec des fréquences très variées. I1 est par exemple possible de con tabler des matériaux métalliques avec des fréquences d'essai de 1,5 à 15 MHz, de contrôler du béton avec des fréquences de 50 à 200 kHz ou bien d'opérer des contrôles avec des têtes de contrôle à ondes de choc dans un domaine de fréquences de 5 à 35 MHz. Grâce au procédé conforme à l'invention, la composante de bruit qui se situait jusqu'alors à environ 30 % pour une sensibilité d'entrée de 1 mV98 pour 100 % de hauteur d'écran, est réduite du facteur 101. Cela signifie que même des petits défauts dont les signaux n'étaient jusqu'ici pas perceptibles du fait de la composante de bruit élevé, peuvent être détectés et exploités. La précontrainte du cristal piézoélectrique simplifie l'analyse en fréquence, qui est mise en oeuvre de façon croissante pour la détermination des types et des dimensions des défauts, ainsi que pour la détermination de la structure et des dimensions des grains, car aussi bien les signaux ultra-soniques négatifs que positifs peuvent être utilisés pour l'exploitation des amplitudes et des phases. A titre exemple, on mentionnera aue, par exemple, une tête de contrôle avec un quartz oscillant en titanate de plomb et de zirconium, avec une fréquence d'essai de 15 MHz, telle qu'elle est mise en oeuvre pour le contrôle des fêlures, peut être précontrainte avec uae tension continue maximale de 300 V, tandis que par contre une tête de contrôle avec un quartz de même matériau, pour ure fréquence de contrôle de 5 MHz également en vue de sa mise en oeuvre pour le contrôle de fêlures, peut tre précontrainte avec 500 VI Le procédé conforme à v invention va entre expliqué plus en détail en se référant au schéma de branchement d'un cristal de quartz piézoélectrique précontraint, représenté sur la figure unique ci-jointe. La référence 10 désigne un cristal de quartz piézoélectrique mis en oeuvre conformément à l'invention. le cristal 10 est précontraint en permanence par l'intermédiaire d'une résistance 12, par exemple sous une tens on de l'ordre de grandeur de 200 à 500 V. Un émetteur 14 attaque alors le cristal piézoélectrique 10 avec une impulsion émettrice présentant par exemple une forme sinusoïdale. La tension continue appliquée pour la précontrainte du quartz oscillant 10 s'exerce sur la résistance du cristal 16, mais aussi sur les capacités 18, 20 et 22, ainsi que sur les inductances 24 et 26, qui doivent être chargées lors de l'excitation avec une tension alternative, si bien que des impulsions émettrices de faible puissance sont suffisantes. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour produire et/ou pour recevoir des signaux ultra-sonores en utilisant un cristal piézoélectrique, procédé caractérisé en ce que le cristal est pré-déformé par application d'une tension continue. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cristal est excité par des impulsions bipolaires. 3.- Procédé selon la revendication 1 et/ou la revendication 2, caractérisé en ce que le cristal est précontraint avec une tension continue de préférence, de 300 à 500 V. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en utilisant un cristal de titanate de plomb et de zirconium, pour la mise en oeuvre du procédé, on travaille avec des fréquences d'essai d'à peu près 15 à 5 MXz, le cristal étant précontraint par application d'une pré-tension d'environ 300 à 500 V.