Brevet FR2532437A1 — publié le 19840302

La présente invention a pour objet un dis- positif à ultrasons pour le repérage de l'existence et/ou de la position d'un objet Elle trouve une ap- plication en métrologie et notamment dans l'asservis- sement en position d'objets divers, tels que par exemple des crayons d'assemblages combustibles de réacteurs nucléaires lors d Dopérations de contrôle. Une sonde ultrasonore comprend, de-manière classi que,un transducteur ultrasonore, un circuit d'alimentation de ce transducteur consistant en un générateur d'impulsions électriques, un circuit d'amplification du signal délivré par le transducteur en réponse aux échos ultrasonores qu'il regoit, ces échos provenant des divers obstacles présents sur le trajet du faisceau ultrasonore. Il est possible Z avec une telle sonde, de répérer la position d'un objet, par exemple la posi- tion de l'axe d'un cylindre Il suffit pour cela de déplacer la sonde dans une direction perpendiculaire à cet axe et de relever l'amplitude du signal délivré par le transducteur Cette amplitude est d'abord nul- le lorsque la sonde n'est pas en face du cylindre, puis croît lorsque le faisceau ultrasonore commence a frapper le cylindre, passe par un maximum lorsque le transducteur est en face de l'axe du cylindre, enfin décroît pour finir par s'annuler à nouveau Le passa- ge par le maximum indique la position de l'axe de l'objet. Un tel dispositif peut être inclus dans un système de réglage de la position de l'objet repéré (ou dans une boucle d'asservissement de cette posi- tion à celle de la sonde) Il suffit pour cela d'as- socier à celle-ci un moyen pour agir sur la position de l'objet afin de rendre maximum le signal délivré par la sonde. Un tel asservissement de position est un problème qui se pose par exemple lors de l'examen de crayons d'assemblages combustibles de réacteurs nu- cléaires Ces crayons doivent être asservis en posi- tion par rapport à une-fenêtre d'observation, pendant tout le temps o ils défilent devant cette fenftre. La sonde ultrasonore est alors solidaire de la fenê- tre et le crayon est déplacé de telle sorte qu'il soit correctement centré par rapport à la fenêtre. L'inconvénient du dispositif de repérage précédent est qu'il conduit a une indétermination sur le sens de la correction à apporter à la position de l'objet En effet, le signal qui sert à commander le déplacement de l'objet est une courbe en cloche pour laquelle la variation du signal présente toujours le même signe par rapport à la valeur maximale En d'au- tres termes, la fonction représentant le signal est paire On ignore donc a priori dans quelle direction il faut déplacer-l'objet à asservir pour rendre l'am- plitude détectée maximale. La présente invention a justement pour objet un dispositif de repérage qui évite cet incon- vénient en ce sens qu'il fournit un signal de carac- tère impair permettant de définir non seulement en grandeur mais également en signe l'écart par rapport à une référence. L'invention permet par ailleurs de détec- ter la présence d'objets de profils déterminés, grâce à une adaptation du dispositif à l'objet à reconnal- tre. Ces buts sont atteints, selon l'invention, par l'utilisation de deux transducteurs (au moins) et par la formation d'un signal de différence entre les signaux délivrés par les deux transducteurs En quel- que sorte, l'un des deux échos est considéré comme un écho positif et l'autre comme un écho négatif. De façon précise, la présente invention a pour objet un dispositif à ultrasons pour le repérage d'un objet, caractérisé en ce qu'il comprend: une sonde constituée d'au moins deux transducteurs ultrasonores émettant chacun un faisceau d'ondes- ultrasonores focalisé sur -une tache focale, les deux taches focales des deux transducteurs étant décalées l'une par rapport à l'autre le long d'une direction, un circuit d'alimentation des deux transducteurs, un circuit d'amplification des signaux délivrés par les deux transducteurs, un circuit apte à former un signal de différence entre les deux signaux amplifiés correspondant aux deux transducteurs. Ledit signal de différence donne la posi- tion de l'objet et, par son allure, permet de détec- ter l'existence d'un objet. De préférence, le dispositif selon l'in- vention comporte également des moyens pour modifier la position relative de la sonde par rapport à l'objet, dans ladite direction. Les caractéristiques de l'invention appa- raitront mieux après la description qui suit, d'exem- ples de réalisation donnés à titre explicatif et nul- lement limitatif Cette description se réfère à des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente un schéma général du dispositif de l'invention, la figure 2 illustre un exemple de dispo- sition particulière des deux transducteurs, la figure 3 est un diagramme correspon- dant à la disposition de la figure précédente, la figure 4 illustre un cas o les taches focales des deux faisceaux ultrasonores se recouvrent partiellement, la figure 5 montre l'allure des varia- tions d'amplitude des signaux provenant des deux transducteurs dans le cas de la figure précédente, la figure 6 montre l'allure du signal de différence correspondant, la figure 7 illustre un cas o les deux taches focales sont séparées d'une distance qui cor- respond à la largeur de l'objet à repérer, la figure 8 montre l'allure des deux si- gnaux obtenus dans ce cas et, enfin, la figure 9 montre l'allure du signal de différence correspondant. Tel que représenté sur la figure 1, le dis- positif de l'invention comprend: une sonde 10 constituée de deux transducteurs ul- trasonores Ti, T 2 émettant chacun un faisceau d'on- des ultrasonores focalisés sur une tache focale, respectivement TF 1 et TF 2, les deux taches focales étant décalées l'une par rapport à l'autre le long d'une direction X, un circuit 20 d'alimentation des deux transduc- teurs, un circuit 22 d'amplification des signaux délivrés par les deux transducteurs, ce circuit délivrant deux signaux A 1 et A 2, un ci rcuit 24 apte à former un signal de différence égal à A 1-A 2. Le dispositif peut éventuellement compren- dre un circuit 26 apte à détecter l'instant o le signal-de différence s'annule. Le dispositif se complète éventuellement par un moyen non représenté apte à déplacer la sonde dans la direction X ou à déplacer l'objet dans cette même direction, la sônde restant fixe. Dans une disposition privilégiée mais non obligatoire, les deux transducteurs T 1 et T 2 sont dé- calés l'un par rapport à l'autre dans le sens de la direction d'émission des ondes ultrasonores En d'au- tres termes, les distances entre les transducteurs et l'objet 30 à repérer (distance appelée parfois "bau- teur d'eau', car les transducteurs baignent en prati- eque dans un liquide de couplage) ne sont pas les me- mes C'est ce qui est illustré sur la figure 2 Dans ce cas, les impulsions d'écho correspondant à un même objet, qui sont délivrées par les deux transducteursf, sont décalées dans le temps comme le montre le dia- gramme de la figure 3 g une impulsion d'émission 40 est suivie dîun premier écho 41 proveảnt du trans- ductceur TV, qui est le plus proche de l'objet à reps- rer et d'un second écho 42 provenant du transducteur T 2 qui est le plus éloigné O Cette disposition présente l'intérêt de permettre le regroupement des circuits d'amplifica- tion en un seul circuit travaillant alternativement sur l'un des échos puis sur l'autre, puisque ces deux échos sont séparés dans le temps. Naturellementg les circuits d'alimentation peuvent être avantageusement regroupés eux aussi en un seul, les deux transducteurs étant alors attaqués en parallèle. On pourrait encore n'utiliser qu'un seul circuit d'amplification avec des transducteurs si- tués tous deux à la même distance de l'objet mais en les alimentant par deux circuits distincts excitant les deux transducteurs à des instants différents O En ce qui concerne la disposition relative des faisceaux ultrasonores dans l'espace, plusieurs variantes sont possibles selon la forme de l'objet à traiter Dans le cas de la figure 4, il s'agit de repérer la position du plan médian 50 d'un objet cy- lindrique 30 (autrement dit de son axe) Les deux CI taches focales TF 1 et 'r 92 se recouvrent alors par- tiellement Lors du dêfilement de la sonde dans la direction X, les signaux amplifiés correspondant aux deux transducteurs présentent 1 'allule illustrée sur la figure 5 o leur amplitude est portée en ordonnées et le déplacement x en abscisse Le signal de diffé- rence Ak-A présente l'allure illustrée sur la figure 6 A l'abscisse x 50 les signaux A et A sont égaux et le signal différence est rnul C'est l'abscisse correspondant à l'axe de l'objet. On notera le caractère impair de la courbe de la figu-re 6 qui permet de déterimner le signe de l'écart par rapport à l'axe, comre indiqué plus haut; Le -dispositif de l'invention est aisément insérable dans une boucle d'asservissement de posi- tion d'un objet Il suffit de considérer que le si- gnal AD 1-A: est un signal d'erreur utilisable pour corriger la position de l'objet Cette correction se fait dans le sens tel que le signal de différence s'annule C'est ce qui est schématisé sur la figure 1 par la boucle en tirets 27 partant du circuit 24. Dans le cas o l'on désire repérer le bord d'un objet rectangulaire tel que représenté sur la figure 7, les deux transducteurs sont disposés de ma- nière a ce crue leurs taches focales TF 1, TF 2 sont écartées d'une distance L qui est précisément la lar- geur de l'objet à repérer Les signaux de mesure Ai et A 2 ont alors des allures représentées sur la figu- re 8 et le signal de différence A -A 2 une allure re- présentée sur la figure 9, qui permet d'identifier la présence d'un objet tel que représenté en f igure 7. Le passage par la valeur nulle de ce signal corres- pond à la situation représentée sur la figure 7 o la tache focale T Fi quitte le bord droit de l'objet alors que la tache focale TF 2 atteint le bord gauche de celui-ci Le passage par zéro indique que la sonde est calée sur les bords de l'objet ou, inversement, si c'est l'objet qui se déplace devant la sonde, que cet objet est à cet instant en face de la sonde. Les deux bords ne sont pas obligatoirement parallèles; l'invention peut être utilisée pour re- conna Utre par exemple un rond, un pentagone, 00 Dans la définition de l'invention qui pré- cède, l'expression 'au moins deux transducteurs' si- lo gnifie qu'on peut utiliser des sondes qui comprennent plus de deux transducteurs Ti, T 2 p T 3,00 Les signaux délivrés par tous ces transducteurs sont alors asso- ciés deux par deux pour former des signaux différence 1 2 1-A 31 A 2 A 3 y etc O 0, ce qui permet de repérer la position d'un objet selofi plusieurs directions qui sont les directions des couples de transducteurs T 1 T 2, T 1 T 3 p T 2 T 3, etc O en centrant la sonde vis-à- vis de l'objet. En ce qui concerne les moyens électroniques à mettre en oeuvre dans luinvention, ils sont classi- ques, puisqu'il s'agit essentiellement dtexciter des transducteurs ultrasonores, et d'amplifier les si- gnaux qu'ils délivrent L'originalité des moyens électroniques tient dans la présence d'un circuit formateur de signal de différence Ce circuit peut être constitué par un amplificateur différentiel à deux entrées, l'une inverseuse reliée à la chaîne d'amplification associée à l'un des transducteurs et l'autre non inverseuse reliée à la chaîne d'amplifi- cation associée à l'autre transducteur - REVENDICATIONS 1 Dispositif à ultrasons pour le repérage d'un objet, caractérisé en ce qu'il comprend: une sonde teurs ultrasonores (T 1, T 2) émettant chacun un faisceau d'ondes ultrasonores focalisé sur une ta- che focale (TF 1, TF 2), les deux taches focales des deux transducteurs étant décalées l'une par rapport à l'autre le long d'une direction (X), un circuit d'alimentation ( 20 > des deux transduc- teurs, un circuit d'amplification ( 22) des signaux déli- vrés par les deux transducteurs, un circuit ( 24) apte à former un signal de diffé- rence (A 1-A 2) entre les signaux amplifiés corres- pondant aux deux transducteurs. 2 Dispositif selon la revendication 1, permettant le repérage de la position de l'objet, ca- ractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour modifier la position relative de la sonde par rapport à l'objet dans ladite direc- tion (X). 3 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deux transducteurs (Tl, T 2) sont d'calés l'un par rapport à l'autre dans le sens de la direction d'émission des ondes ultrasonores, les circuits d'alimentation des deux transducteurs étant réunis en un seul circuit alimentant en parallèle les deux transducteurs et les circuits d'amplification des deux transducteurs étant réunis en un seul circuit d'amplification. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux taches focales se recouvrent partiellement, le dispo- sitif permettant alors le repérage de l'existence de l'objet et de la position du plan médian de l'objet. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'objet présentant deux bords distants d'un certain écarte- nient (L), les deux taches focales sont distances l'une de l'autre dudit écartement (L), le dispositif permettant alors le repérage de l'existence de l'ob- jet et de la position de l'objet.