Brevet FR2522152A1 — publié le 19830826

La présente invention a pour objet un ap- pareil de contrôle par courants de Foucault à boucle d'équilibrage électronique Elle trouve une appli- cation en contrôle non destructif. Le contrôle non destructif par courants de Foucault consiste à créer un champ magnétique varia- ble à l'aide d'un enroulement primaire, à soumettre une pièce à contrôler à ce champ magnétique, à pré- lever aux bornes d'un enroulement secondaire disposé à proximité de la pièce contrôlée une tension de mesure et à analyser cette tension Les enroulements primaires et secondaires peuvent être confondus ou former un pont Tout défaut de la pièce (changement de dimension, variation de conductivité électrique, variation de perméabilité magnétique, criques, etc) modifie la phase et l'intensité des courants de Foucault circulant dans la pièce et, corrélative- ment, change la tension de mesure. Dans la plupart des cas, la mesure présente un caractère différentiel Pour cela une pièce éta- lon, réputée bonne, est soumise à un champ magnéti- que identique à celui auquel est soumise la pièce à contrôler et la tension analysée est formée par la différence entre la tension correspondant à la pièce contrôlée et la tension de référence correspondant à l'étalon Les moyens permettant de créer cette ten- sion de référence et de former la tension différen- tielle constituent des moyens d'équilibrage. Un appareil de contrôle non destructif par courants de Foucault avec moyens d'équilibrage se présente donc comme illustré sur la figure 1 Un générateur 10 de signal sinusoïdal est suivi d'un amplificateur 12 qui alimente une sonde 14 à proxi- mité de laquelle défilent des pièces 16 à contrôler. Une seconde sonde 14 ', identique à la première et également excitée par l'amplificateur 12, est dispo- sée par rapport à une pièce étalon 16 ', comme la sonde 14 l'est par rapport aux pièces à contrôler 16 La tension prélevée aux bornes de la sonde 14 constitue la tension de mesure et celle qui est pré- levée aux bornes de la sonde 14 ' la tension de réfé- rence. Ces tensions sont amplifiées au moyen d'amplificateurs 18 et 18 ' qui délivrent des ten- sions Vm et Vr qui sont appliquées aux deux entrées /1 et 20/2 d'un amplificateur différentiel 20 Ce- lui-ci est suivi d'un amplificateur à gain réglable 22 relié à des moyens de traitement de signal 24. Ces moyens sont aptes à déterminer les parties de la tension différentielle respectivement en phase et en quadrature de phase avec la tension d'excitation fournie par le générateur 10 Mais il peut s'agir aussi d'un circuit plus complexe permettant de dé- terminer les composantes de Fourier du signal Un circuit 26 permet d'exploiter les résultats (tri, enregistrement des résultats, statistiques, etc). La représentation de la figure 1 laisse supposer que les sondes sont constituées par un seul enroulement Dans la pratique, les sondes peuvent en comporter plusieurs (disposés en pont par exemple) mais la simplification faite ici n'a pas d'incidence sur la compréhension de l'invention. Pour ce qui concerne ce genre d'appareil- lage, on pourra se reporter au brevet américain de H.L LIBBY, n 3 229 198 délivré le 11 janvier 1966 et intitulé "Eddy current nondestructive testing de- vice for measuring multiple parameter variable of a metal sample". Dans certains appareils de ce type, les moyens de traitement 24 sont de caractère numérique. Dans ce cas, ils comprennent, comme illustré sur la figure 1, un convertisseur analogique-numérique 30 suivi d'une mémoire vive 32 de type à accès direct (en terminologie anglosaxonne n Random Access Memo- ry') adressée par un compteur 36 relié à une horloge 38 La mémoire est suivie d'un circuit de traitement numérique 34 S'il s'agit de calculer les composan- tes harmoniques d'un signal, ce circuit effectue une transformation de Fourier discrète. Le système d'équilibrage représenté sur la figure 1 présente de nombreux inconvénients: il réduit de moitié la puissance disponible pour les pièces à contrôler, il nécessite deux sondes, il requiert que l'étalon soit en permanence soumis au champ magnétique, ce qui conduit à la longue à une modification du signal de référence (échauffe- ment du matériau, variation de ses propriétés ma- gnétiques, etc). L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant des moyens d'équilibrage de nature électronique Ce but est atteint en for- mant un signal de référence une fois pour toute, en mémorisant ce signal et en le reproduisant à chaque mesure pour le composer avec le signal de mesure. La mémorisation du signal correspondant à la pièce étalon est particulièrement commode dans le cas des appareils numériques puisque ceux-ci possè- dent déjà une mémoire, dite mémoire d'acquisition (c'est la mémoire 32 de la figure 1) dans laquelle sont stockés des échantillons du signal mesuré Dès lors, il suffit de stocker dans cette mémoire le résultat de la mesure obtenue avec l'étalon puis de recopier le contenu de cette mémoire dans une secon- de mémoire pour disposer en permanence du signal de référence La première mémoire est ensuite libérée et rendue disponible pour les mesures correspondant aux différents échantillons à contrôler Ainsi l'étalon n'est-il sollicité qu'une seule fois, la reproduction du signal de référence étant obtenue électroniquement Tous les inconvénients énumérés plus haut sont donc bien évités. En outre, l'invention présente l'avantage suivant: dans l'art antérieur il existe deux chai- nes de mesure (sonde 14-amplificateur 18 d'une part et sonde 14 'amplificateur 18 ' d'autre part) Or de telles chaînes ne peuvent être rigoureusement iden- tiques Dans le signal différentiel délivré par l'amplificateur 20, il y a donc une part qui est due au déséquilibre des deux voies Avec l'invention, le circuit ne comprend plus qu'une seule voie de mesu- re, utilisée deux fois: tout d'abord avec la pièce étalon, et ensuite avec les diverses pièces à con- trôler Les défauts éventuels de la voie d'analyse seront donc parfaitement compensés puisqu'ils au- ront les mêmes effets sur les signaux de mesure et de référence. De façon précise, la présente invention a pour objet un appareil de contrôle non destructif par courants de Foucault comprenant de façon connue un générateur d'excitation, une sonde reliée à ce générateur, des moyens de prélèvement dans la sonde d'une tension de mesure, des moyens pour engendrer une tension de référence, un amplificateur différen- tiel à une première et une seconde entrées et à une sortie, la première entrée recevant la tension de mesure, et la seconde la tension de référence, des moyens numériques de traitement de signal à une en- trée reliée à la sortie de l'amplificateur différen- tiel, à travers un amplificateur, ces moyens de traitement comprenant successivement un convertis- seur analogique numérique, une première mémoire vive à accès direct et un circuit de traitement numéri- que; cet appareil est caractérisé en ce que les moyens pour engendrer une tension de référence ccm- prennent une seconde mémoire vive a accès direct ayant une entrée et une sortie, l'entrée étant re- liée à la sortie de la première mémoire vive à tra- vers un circuit interrupteur et un convertisseur nu- mérique-analogique ayant une entrée reliée à la sor- tie de la mémoire et une sortie reliée à la seconde entrée de l'amplificateur différentiel. Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux après la des- cription qui suit, d'un exemple de réalisation donné à titre explicatif et nullement limitatif Cette description se réfère à des dessins annexés, qui font suite à la figure 1 déjà décrite, et sur les- quels: la figure 2 est un schéma synoptique des moyens d'équilibrage utilisés selon l'invention, la figure 3 illustre un exemple de réa- lisation d'une mémoire d'équilibrage, la figure 4 illustre un exemple de réa- lisation du convertisseur numérique-analogique. Sur le schéma de la figure 2, on retrouve des éléments déjà représentés sur la figure 1 et qui portent pour cette raison les mêmes références, à savoir: le convertisseur analogique-numérique 30, la mémoire d'acquisition 32 adressée par un compteur 36 lui-même commandé par une horloge 38 et le cir- cuit de calcul 34 La figure 2 représente en outre des moyens d'équilibrage constitués par une seconde mémoire 40, analogue à la mémoire d'acquisition 32, cette seconde mémoire possédant une entrée de don- nées 39 reliée à la sortie de la mémoire d'acquisi- tion 32 par un circuit interrupteur 37, une entrée d'adressage 41 et une sortie 42; par un convertis- seur numérique-analogique 44 ayant une entrée 43 re- liée à la sortie 42 de la mémoire et une sortie 45 reliée à la seconde entrée 20/2 de l'amplificateur différentiel 20 Les moyens représentés comprennent encore un compteur 46 relié à l'entrée d'adressage 41 et qui reçoit les impulsions de l'horloge 38 Un circuit 48 permet le préchargement du compteur à un contenu initial. L'ensemble du circuit représenté peut comprendre en outre un microprocesseur 50, qui com- mande tout ou partie des composants mentionnés, se- lon des processus informatiques bien connus de l'homme de l'art et qui ne font pas partie de l'in- vention Ce microprocesseur n'est d'ailleurs utile que dans les appareils à très hautes performances. Le fonctionnement de ce circuit résulte clairement de ce qui précède Lorsque la pièce éta- lon est disposée dans la sonde de mesure, le signal numérique enregistré dans la mémoire 32 est en fait le signal de référence Ce signal est formé de N échantillons numériques, ce qui requiert N emplace- ments de mémoire Chaque emplacement est défini par une adresse et chaque adresse correspond à un conte- nu particulier du compteur 36 Dans la phase d'écri- ture, le contenu de ce compteur passe progressive- ment de O à N-l sous la commande de l'horloge 38 et les N échantillons s'écrivent séquentiellement aux N adresses correspondantes. Le contenu de la mémoire d'acquisition 32 est ensuite recopié dans la mémoire d'équilibrage Cette opération est très simple du fait de la duplication des éléments de comptage et de mémorisa- tion: le compteur 46 est, comme le compteur 36, commandé par l'horloge 38, de sorte que l'adressage d'un échantillon à lire dans la mémoire d'acquisi- tion s'accompagne simultanément de l'adressage de cet échantillon à écrire dans la mémoire d'équili- brage 40. Naturellement, les adresses de lecture et d'écriture peuvent être décalées, si le circuit 48 impose au compteur 46 un contenu initial différent de zéro. Pendant toute l'opération de recopie le circuit interrupteur 37 est fermé Puis, lorsque le signal de référence est écrit dans la mémoire 40, l'interrupteur 37 est ouvert et la mémoire 32 de- vient disponible pour l'écriture et la lecture des données correspondant aux pièces à contrôler. On comprendra aisément que les connexions indiquées sur la figure 2 sont schématiques et que, dans la réalité, il s'agit de bus à plusieurs con- nexions De même l'interrupteur 37 qui est reprêsen- té très schématiquement est en fait un circuit élec- tronique apte à véhiculer plusieurs éléments binai- res Le but des figures 3 et 4 est précisément de donner de ces moyens une idée plus conforme à la réalité Ces figures correspondent à un mode parti- culier de réalisation qui correspond à un appareil travaillant dans la gamme de 3 à 3000 Hz avec 512 échantillons, chaque échantillon étant codé sur 12 éléments binaires ou bits. La figure 3 tout d'abord, représente la mémoire d'équilibrage 40 formée de trois circuits mémoire, par exemple de type 2148 H, chacun de ces circuits fonctionnant sur 4 bits; l'entrée et la 8 2522152 sortie des données s'effectuent par la droite. L'écriture et la lecture sont commandées par une connexion WR A l'écriture les données traversent le circuit 37 composé de deux circuits tampon bidirec- tionnels, par exemple de type 8304; ces circuits possèdent huit entrées reliées à la mémoire d'acqui- sition 32, et huit sorties dont quatre seulement sont utilisées pour l'un d'eux L'adressage de la mémoire s'effectue par la gauche grâce au compteur 46 qui est formé de trois circuits de comptage, par exemple de type 74 L 5191; ces compteurs fonctionnent chacun sur 4 bits, ce qui permet, en ne prenant que 2 bits pour l'un des compteurs, de constituer des adresses de 10 bits; 9 bits servent à adresser l'un des 512 échantillons ( 29 = 512) et le 10 ème servant à remettre le compteur à zéro Les compteurs possèdent une connexion d'horloge CK et une connexion LD de commande de chargement Les 12 bits des données, lues dans lamémoire 40 sont véhiculés par 12 con- nexions EO à Ell dirigées vers le convertisseur nu- mérique-analogique 44. Le compteur est précédé d'un circuit in- terface 52, par exemple du type 8255, qui permet au microprocesseur de venir précharger le compteur à un contenu initial. La figure 4 montre le convertisseur numé- rique-analogique 44 recevant les 12 bits de la mé- moire d'équilibrage 40 Ce convertisseur peut être du type AD 565 Il délivre, sur sa sortie 45, un courant qui est transformé en tension par un conver- tisseur courant-tension 54 C'est la tension déli- vrée par ce dernier circuit qui constitue la tension de référence Vr appliquée à l'entrée 20/2 de l'am- plificateur différentiel 20. 2522 1 52 REVENDICATIONS 1 Appareil de contrôle non destructif par courants de Foucault comprenant un générateu d'exci- tation ( 10), une sonde ( 12) reliée à ce générateur, des moyens de prélèvement dans la sonde d'une ten- sion de mesure (Vm), des moyens pour engendrer une tension de référence (Vr), un amplificateur diffé- rentiel ( 18) à une première et une seconde entrées ( 20/1, 20/2) et une sortie, la première entrée rece- vant la tension de mesure, et la seconde la tension de référence, des moyens numériques ( 24) de traite- ment de signal à une entrée reliée à la sortie de l'amplificateur différentiel, à travers un amplifi- cateur ( 22), ces moyens de traitement comprenant successivement un convertisseur analogique-numéri- que ( 30), une première mémoire vive ( 32) à accès direct et un circuit de traitement numérique ( 34), caractérisé en ce que les moyens pour engendrer une tension de référence comprennent une seconde mémoire vive ( 40) à accès direct ayant une entrée et une sortie, l'entrée étant reliée à la sortie de la pre- mière mémoire vive ( 32), à travers un circuit inter- rupteur ( 37) et un convertisseur numérique-analogi- que ( 44) ayant une entrée reliée à la sortie de la mémoire et une sortie reliée à la seconde entrée de l'amplificateur différentiel. 2 Appareil selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que chaque mémoire est adressée par un compteur.