Brevet FR2513475A1 — publié le 19830325

"Transducteur acoustique à commande électromagnétique pour le contrôle des tubes". La présente invention a pour objet un transducteur acoustique à commande électromagnétique utilisé pour examiner tous les défauts d'un tube, d'une conduite ou d'un élément similaire en faisant usage d'ultrasons. Un transducteur acoustique à commande électromagnétique de type connu (désigné simplement dans la suite par appareil EMAT) est représenté schématiquement sur la fig 1 Ce transducteur est construit de manière à permettre un examen des défauts par ultrasons en l'introduisant dans un tube de faible diamètre ( désigné simplement dans la suite par tube). Pour faciliter la compréhension de la présente invention, l'appareil EMAT classique représenté, est brièvement décrit ci-après. Sur les dessins, la référence numérique 1 désigne une série d'aimants permanents disposés l'un à la sui- te de l'autre avec une disposition telle que leurs pôles soient placés en opposition mutuelle En outre, une bobine 2 est enrou- lée autour d'un groupe d'aimants permanents (par exemple cinq ai- mants permanents dans l'exemple représenté) en formant une seule unité On obtient ainsi l'appareil EMAT désigné d'une façon gé-iérale par la référence numérique J La Préférence numériqtu 4 désigne un tube dans lequel l'appareil EMAT 3 est introduit. Le fonctionnement de l'appareil EMAT va maintenant être décrit en se référant à la fig 2. Lorsqu 'on alimente la bobine 2 de l'ap- pareil EMAT 3 avec un courant électrique à haute fréquence, des courants de Foucault sont produits dans le tube 4 qui est très rapproché de la bobine 2 D'autre part, un flux magnétique B est émis par les aimants permanents 1, ce flux magnétique B étant dirigé perpendiculairement à la surface intérieure du tube et variant de façon périodique Il en résulte qu'une force de Lorentz F est produite à la suite de l'action mutuelle entre les courants de Foucault I et le flux magnétique B La force de 2 2513475 Lorentz varie suivant la même période que le flux magnétique et des ultrasons (ondes de torsion) sont produits dans le tube 4 par la force de Lorentz Il y a lieu de noter que les ultrasons détectés peuvent être convertis en un signal électrique au moyen des éta- pes inverses de celles indiquées précédemment. Cependant, étant donné que l'appareil E 14 AT classique ci-dessus est construit de manière que des ultra - sons ne soient produits que sur une partie du tube disposée en face de la bobine 2, on remarque qu'un inconvénient inhérent à cet appareil EMA classique est qu' il est nécessaire de faire tourner le tube ou l'appareil, de manière à assurer un examen parfait de la tota- lité du tube 4 Il en résulte que-l'examen du tube devient compli- qué En outre, un autre inconvénient est qu'il y a inévitablement une zone dans laquelle la surface extérieure de la bobine 2 est espacée de la surface intérieure du tube 4 en raison de la forme géométrique des aimants permanents 1 Cela provoque une diminu- tion du rendement de production des ultrasons et une réduction de la sensibilité. La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients de l'apnareil EMAT classique décrit ci- dessus. La présente invention a également pour but de créer un transducteur acoustique à commande électromagné- tique capable d: produire des ultrascns sur l'ensemble du ?ér'nè tre d'un tube à examiner avec un excellent rendement en produisant une onde de Lamb constituée par une composante d'onde de torsion perpendiculaire à la surface du tube, sans qu'il soit nécessaire de faire tourner celui-ci. A cet effet, l'invention concerne un transducteur acoustique à commande électromagnétique comportant essentiellement un ensemble noyau et un certain nombre de bobi- nes enroulées autour de cet ensemble-noyau caractérisé en ce que le noyau comporte des supports en forme de disques disposés à ses deux extrémités, une série d'éléments en ferrite-et une série d'aimants, ces aimants étant disposés de manière que des pôles de même nom soient opposés l'un à l'autre vers chaque élé- ment en ferrite placés entre eux. -3- L'invention sera mieux comprise en re- gard de la description ci-après et des dessins annexés dont les figures 3 à 7 représentent des exemples de réalisation de l'in- vention Dans ces dessins: La fig 1 est une vue en perspective schématique d'un appareil EMAT du type classique; La fig 2 est une vue en coupe partiel- le représentant schématiquement le fonctionnement de l'appareil EMAT classique; La fig 3 est une vue en élévation d'un ensemble-noyau pour un appareil EMAT perfectionné suivant un mode de réalisation préférentiel de la présente invention, cet enser - ble étant représenté après que les bobines aient été retirées; La fig 4 est une vue en élévation de l'ensemble-noyau destiné à l'appareil EMAT perfectionné suivant la fig 3 avec les bobines montées sur le noyau; La fig 5 est une vue latérale de l'en- semble-noyau suivant la fig 3 La fig 6 est une vue en coupe partielle à plus grande échelle, représentant schématiquement le fonctionnement de l'appareil EMAT perfectionné conforme à l'invention; La fig 7 est une vue en élévation d'un ensemble-noyau destiné à un appareil EMAT perfectionné suivant un È remple de réalisation nodif é de la présente invention, dans lequel les aimants permanents de l'exemple de réalisation précédent sont remplacés par des électro-aiments. On se référera d'abord aux figures 3 à sur lesquelles un ensemble-noyau appartenant à un transducteur acoustique à commande électromagnétique (désigné simplement dans la suite par EMAT) est repéré d'une façon générale par la réfé- rence numérique 5 De façon plus précise, l'ensemble-noyau 5 est constitué par la combinaison de supports cylindriques 6 a et 6 b, d'une série d'éléments en ferrite 7 et d'une série d'aimants 8, les éléments en ferrite 7 et les aimants 8 étant alternativement disposés entre les deux supports cylindriques 6 a, 6 b, exactement -4 - comme cela est représenté sur la figure 3. Il y a lieu de remarquer que les aimants 8 sont respectivement disposés de manière que des pôles de même nom soient opposés l'un à l'autre et dirigés vers l'élément en ferrite 7 placé entre eux. En outre, le pas ou période (To) de dis- position des éléments en ferrite 7 et des aimants 8 est choisi égal à la longueur d'onde A des ultrasons produits par l'ap- pareil EMAT 9. Comme on le voit sur la fig 4 et la fig. , plusieurs bobines 10 sont enroulées à la fois autour des élé- ments en ferrite 7 et des aimants 8 On remarquera que la distan- ce to entre les centres des bobines 10 adjacentes est choisie égale à To/4 (= A /4) Les différentes bobines 10 sont branchées en série. Le fonctionnement de l'appareil EMAT 9 introduit dans un tube 4 de faible diamètre ( désigné dans la suite simplement par tube) est décrit ci-après en se référant à la fig 6. Lorsque l'appareil EMAT 9 est introduit dans le tube 4, un flux magnétique Bl est produit dans une partie du tube 4 correspondant aux éléments en ferrite 7 respectifs, ce flux magnétique B 1 étant perpendiculaire à la surface intérieure du tube 4 un autre flux magnétique B 2 est produit en une autre partie du tube 4 correspondant à la partie médiane des aimants respectifs 8, ce flux magnétique B 2 étant parallèle à l'axe du tube 4. Lorsqu'un courant à haute fréquence est envoyé dans les bobines, des courants de Foucault I sont produits dans le tube 4 par induction électromagnétique, ces courants de Foucault I s'écoulant parallèlement à la direction de raccorde- ment du tube 4 Une force de Lorentz F est ainsi produite dans le tube 4 par suite de l'action mutuelle entre les courants de Fou- cault I mentionnés précédemment et les flux magnétiques Bl et B 2. Il est à noter que la direction de-la force de Lorentz F tourne suivant la période To de distribution des flux magnétiques. - 5 -34 Il en résulte que des ultrasons (indiqués par une ligne en trait mixte sur la fig 6) sont produits sur le pourtour du tube 4 par la force de Lorentz F mentionnée précédem- ment Ces ultrasons servent à transmettre une onde de torsion ap- pelée onde de Lamb Cette onde de torsion présente une componsante d'onde de torsion perpendiculaire à la surface intérieure du tube 4 L'onde est transmise dans le tube 4 et revient après avoir été réfléchie sur un défaut déterminé du tube 4 Les ultrasons reçus sont convertis en un signal électrique au moyen du processus inver- se On détecte ainsi l'existence du défaut dans le tube 4. Il est évident que la présente invention peut être mise en application en utlisant des aimants permanents pour constituer les aimants de l'appareil EMAT décrit ci-dessus. Mais la présente invention ne doit pas être limitée à de tels ai- mants et on peut utiliser à leur place des électro-aimants. On va décrire dans la suite, en se réfé- rant à la fig 7, un exemple de réalisation modifié de la présente invention, dans lequel on utilise des électro-aimants. Sur cette figure, un ensemble-noyau de l'appareil EMAT est désigné d'une façon générale par la référence numérique 11 De façon plus précise l'ensemble-noyau 11 est cons- titué par la combinaison de supports cylindriques 6 a, 6 b,d'une série d'éléments en ferrite 12 et d'une série d'électro-aimants 13. Les élémencs en ferrite 12 e-c les électro-aimants 13 sont dispo- sés de façon alternée entre les deux supports cylindriques 6 a, 6 b. Les électro-aimants 13 sont disposés de manière que des pôles de même nom soient opposés l'un à l'autre avec un élément en ferrite 12 intercalé entre eux, lorsque des bobines (non représentées) enroulées sur eux sont alimentées en courant électrique En outre, le pas ou période (To) de disposition des éléments en ferrite 12 et des électro-aimants 13 est choisi égal à la longueur d'onde X des ultrasons produits par l'appareil EMAT Un certain nombre d'autres bobines 10 (non représentées) sont enroulées autour de la surface latérale des éléments en ferrite 12 et des électro- aimants 13 d'une façon correspondant exactement à la fig 4 et à la -6- fig 5 On remarquera que la distance to entre les centres des bo- bines 10 adjacentes est choisie égale à To/4 (= À /4). Une caractéristique distinctive avanta- geuse de l'aopareil EMAT conforme à l'exemule de réalisation mo- difié de la présente invention, construit comme décrit ci-dessus, est cue cet appareil peut être aisément introduit dans un tube en matière magnétique (non représenté) et peut être en outre dé- placé aisément à l'intérieur de ce tube,parce qu'aucune force d'attrac- tion magnétique n'est produite par les électro-aimants 13 dont les bo- bines ne sont pas excitées Après que l'appareil EMAT ait été in- troduit dans une position prédéterminée à l'intérieur du tube, les bobines des électro-aimants 13 sont excitées de manière à produi- re un champ magnétique Les ultrasons sont ainsi produits et l'exa- men du défaut est effectué On remarquera que le dispositif de production des ultrasons et d'examen est le même que celui qui est- représenté sur la fig 6. Des caractéristiques distinctives avan- tageuses de l'appareil EMAT conforme à l'invention sont indiquées ciaprès 1) Etant donné que les éléments en fer- rite et les aimants sont conçus en forme de disques ou de cylin- dres, le jeu entre la surface extérieure de l'appareil EMAT et la surface intérieure du tube à examiner est faible lorsque l'appareil est introduit dans le tube Des ultrasons sont ainsi produits sur la totalité de la surface intérieure du tube par suite de la dis- position rapprochée de l'appareil EMAT vis-à-vis du tube On peut donc effectuer aisément l'examen des défauts sans qu'il soit néces- saire de procéder à une opération compliquée pour faire tourner l'appareil EMAT ou le tube. 2) Toutes les bobines enroulées autour de l'appareil EMAT sont disposées à proximité de la surface inté- rieure du tube lorsque l'appareil est introduit dans le tube Les courants de Foucault produits par les bobines agissent alors effi- cacement pour produire des ultrasons dans la paroi du tube On est ainsi assuré que des ultrasons sont produits avec un rendement 2513475. 7- élevé et que l'examen peut être effectué avec une sensibilité accrue. Dans les exemples de réalisation de l'invention représentés, un seul appareil EMAT est utilisé pour produire l'onde de torsion de Lamb et pour effectuer l'examen Mais la présente invention ne doit pas être limitée à une telle utili- sation et elle peut être mise en application exclusivement pour produire l'onde de torsion de Lamb ou pour effectuer l'examen. -8- REVENDICATIONS 1 ) Transducteur acoustique à comman- de électromagnétique ( 9) comportant essentiellement un ensemble- noyau ( 5, 11) et un certain nombre de bobines ( 10) enroulées au- tour de cet ensemble-noyau, caractérisé en ce que le noyau compor- te des supports en forme de disques ( 6 a, 6 b) disposés à ses deux extrémités, une série d'éléments en ferrite ( 7, 12) et une série d'aimants ( 8, 13), ces aimants étant disposés de manière que des pôles de même nom soient opposés l'un à l'autre vers chaque élé- ment en ferrite placé entre eux. ) Transducteur acoustique à commande électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque aimant est constitué par un aimant permanent ( 8). 30) Transducteur acoustique à comman- de électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque aimant est constitué par un électro-aimant ( 3), les électro-aimants étant branchés en série. 4 ) Transducteur acoustique à comman- de électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aimants ( 8, 13) sont disposés de façon que le pas (To) de disposition soit choisi égal à la période A des ultrasons pro- duits. ) Transducteur acoustique à comman- de électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bobines ( 10) sont enroulées dans le même sens avec un pas (to) égal au quart du pas (To) de disposition des aimants ces bo- bines étant en outre branchées en série entre elles.