Brevet FR2544499A1 — publié le 19841019

- La présente invention est relative au contr 8 le dang Ee W de certaines caractéristiques physiques d'un milieu et ou d'un interface évolutifs. Ce peut être le cas de la mesure du temps de prise d'un liant hydraulique, de l'évaluation du temps de séchage d'une peinture ou de durcissement d'une colle, de l'étude des changements d'état, passage de l'état solide à l'état liquide ou vice versa, de la modification physicochimique d'un contact (oxydation-écrouissage), de la cristallisation d'un corps en solution, ou de la sédimentation d'un corps en suspension, de la polymérisation d'une matière plastique, de l'évaluation du temps de coagulation et ou de sédimentation du sang, de l'étude du caillage du lait. L'invention, pour ce but, propose d'appliquer la technique des ultra sons non utilisée jusqu'alors pour la solution de ce problème général. Jusqu'à présent cette technique, utilisée pour la mesure des épais- seurs ou des longueurs de pièces ou pour la localisation et l'évaluation de défauts (pailles, criques, fissures), met en oeuvre des appareillages comportant des sondes relais formées par un organe émetteur récepteur d'ondes ultra sonores associé à un barreau transmetteur de ces ondes Dans ces cas, on mesure alors les informations qui proviennent du transit des ondes longitudinales du relais dans la pièce à analyser La lecture s'opère immédiatement après l'écho obtenu par réflexion des ondes longitudinales sur l'extrémité du barreau En cet endroit apparaissent des échos secondaires qui gênent la lecture Ces relais sont donc réalisés pour éliminer au maximum ces échos génants Dans la majorité des cas les relais sont courts par rapport à leur diamètre X miques focalisantes qui empêchent les ondes longitudinales de rentrer en contact avec les parois latérales du barreau La lecture né s'opère que sur des échos principaux fournis par des ondes longitudinales. 2 - L'invention, par opposition à ces applications antérieures des ultrasons, consiste: a) à exploiter les réflexions secondaires des ondes ultra sonores long ta U- nales et les échos secondaires qu'elles génèrent. b) à mesurer l'évolution dans le temps de l'amplitude des dits échos secon- daires. A cet effet, l'invention a pour objet un appareillage pour la mesure de l'évolution dans le temps des conditions de réflexion d'ondes ultrasonores sur une interface du genre comportant en association une sonde relais, formée par un organe émetteur-récepteur d'ondes ultrasonores accolé à un barreau longitudinal transmetteur de ces ondes, et un dispositif de mesure des caractéristiques des ondes ultrasonores émises puis réfléchies par la sonde relais en contact par une interface avec un milieu évolutif ou réactif, caractérisé, d'une part, en ce que ledit barreau longitudinal est d'une longueur supérieure à au moins trois fois son diamètre et que ses parois latérales sont polies, de manière à créer des ondes ultrasonores secondaires réfléchies par ces parois latérales et, d'autre part, en ce que ledit dispositif de mesure est muni de moyens électroniques pour sélection- ner au moins l'un des dits échos secondaires réfléchis par les parois latérales et pour mesurer l'évolution dans le temps de l'amplitude de ces dits échos. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à l'aide de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: La figure 1 représente une vue schématique d'un appareillage selon l'inven- tion. La figure 2 montre un réflectogramme. 3 - La figure 3 schématise un trajet direct en onde longitudingl% 4 ei 459 trajet correspondant à un écho secondaire dans une sonde relais. Les figures 4 a et 4 b révèlent successivement le cheminement des ondes ultra sonores dans une sonde relais en contact avec l'air puis plongé dans un milieu à étudier. Les figures 4 a' et 4 b' montrent les réflectogrammes correspondants. Les figures 5 à 11 représentent quelques applications. La figure 12 montre une application o le point d'inflexion, caractérisant le changement d'état, est calculé. Sur la figure 1, on a représenté une sonde-relais constituée d'une céramique émettrice réceptrice ( 2) et d'un barreau ( 3) qui est plongé dans le milieu ( 4) à étudier Un générateur ( 1) envoie des impulsions électriques à la céramique, généralement appelé transducteur, qui émet des ondes ultrasonores qui se propagent dans le barreau ( 3) Le barreau, siège d'une intense activité ultrasonore, fournit des échos provoqués par la réflexion des ondes longitudinales (L sur la figure 3) et des ondes secondaires (S sur la figure 3) Ces échos sont recueillis sur un dispositif ( 5) du type oscilloscope avec sélecteur d'échos. La figure ( 2) représente le détail du réflectogramme observé sur l'oscil- loscope. Un dispositif d'enregistrement ( 6), par exemple une table traçante X Y, enregistre en fonction du temps la variation de la hauteur d'un écho secon- daire (F 2 à F 6), sélectionné, provenant d'ondes secondaires (S). Sur le réflectogramme (Fig 2) de l'oscilloscope on observe en E le top d'émission, et en Fl, F 2, F 3, F 4, F 5, F 6 une série d'échos. Fl est l'écho principal direct obtenu par la réflexion des ultrasons en ondes longitudinales (L sur la figure 31 sur l'extrémité du relais par un simple aller retour. F 2, F 3, F 4, F 5, F 6 sont des échos secondaires qui reviennent au transducteur, céramique, par des trajets obliques et des réflexions sur les parois latérales, ou se mêlent des ondes de différents types, ondes longitudinales et ondes transversables, celles-ci douées de vitesse de propagation plus faible que les ondes longitudinales. La figure 3 montre un trajet direct en ondes longitudinales L et un trajet secondaire S qui fournit l'écho repéré F 3 dans la figure 2 La partie en pointillé S est effectuée en ondes transversales après réflexion et transformation des ondes longitudinales au point P. Sur la figure 4 a on observe la tête de contact dans l'air et en 4 a' la visualisation des échos a, b,-c, d qui proviennent des faces et du fond du barreau (Nous n'avons considéré ici que les trois premiers échos secon- daires, b, c, d). En 4 b les ultra sons transitent du barreau vers le milieu à tester. On voit en 4 b' une diminution de la hauteur des échos a, b, c, d Quand le corps à étudier ( 4) ou l'interface barreau milieu extérieur, voit ses propriétés physico-chimiques ou biologiques évoluer, ses caractéristiques ultrasonores changent entraînant une modification de la quantité d'ultrasons qui transitent dans le barreau Ceci se traduit par une modification du niveau des échos (a, b, c, d de la figure 4 b'I Seuls les échos secon- daires b, c, d sont très sensiblement affectés par cette modification La mesure de la hauteur d'un ou plusieurs de ces échos secondaires permet'de suivre en fonction du temps l'évolution d'un milieu ou d'une interface Pour favoriser la formation d'échos secondaires, le barreau doit avoir un rapport longueur/diamètre supérieur à 3, et ses parois latérales doivent être lisses. Les figures suivantes 5 à 11 montrent des applications réalisées avec l'appareillage objet de l'invention. 4 - - Sur ces figures les courbes représentent l'évolution de l'amplitude d'un écho secondaire, sélectionné et enregistré à l'aide d'un appareil tel que celui connu sous la dénomination commerciale de "I Ultrasonic type P 7 " ou "Automatisation type SM 8 O" et d'une table traçante connue sous la dénomi- nation commerciale de "Sefram type Tyy", en fonction du temps Il est remarquable que pour la plupart des matériaux une partie de la courbe, qui correspond au changement d'état, est assimilable à une courbe du 3 e degré. Le changement d'état du milieu (solide liquide) ou de l'interface (non oxydé oxydé) présente une corrélation avec le point d'inflexion de la courbe que l'on peut déterminer graphiquement ou par le calcul. Ainsi la figure 5 montre l'évolution de la prise d'un matériau connu sous la dénomination commerciale "plâtre de Paris", caractérisé par un rapport massique plâtre/eau égal à 1,5, le point d'inflexion est situé à 35,5 min. On a enregistré l'évolution de l'amplitude en fonction du temps du premier echo secondaire obtenu avec un barreau de verre de diamètre mm et de longueur 100 mm. La figure 6 montre l'allure de durcissement du matériau connu sous la dénomination commerciale "Metolux NP", caractérisé par un rapport durcisseur sur résine égal à 1 Le point d'inflexion est situé à 37 minutes environ (détermination graphique). La mesure est faite en suivant l'évolution en fonction du temps du ler écho secondaire dans un barreau en verre de ( 100 mm de longueur et de 20 mm de diamètre). La figure 7 montre l'allure du durcissement d'un matériau connu sous la dénomination commerciale "araldite rapide" caractérisé par un rapport massique durcisseur sur résine époxy égal à 0,6 Le point d'infle- xion est situé à environ 14,6 min (détermination graphique) La mesure est faite en suivant l'évolution en fonction du temps du ler écho secondaire dans un barreau en verre (diamètre 20, longueur 100). La figure 8 montre l'allure du sèchage d'une peinture, dont le solvant est l'eau Le point d'inflexion est à environ 10,3 min (détermi- nation graphique) La mesure est faite en suivant l'évolution en fonction du temps du ler écho secondaire dans un barreau en verre (diamètre 20, longueur ). -6- La figure 9 montre le comportement du lait en cours de caillage; du lait avec 2 g de presure au litre La mesure est faite en suivant l'évo- lution en fonction du temps, du 2 e écho secondaire dans un barreau de verre (diamètre 20, longueur 100). La figure 10 montre l'évolution de la corrosion d'un barreau (diamètre 20, longueur 100) en matériau connu sous la dénomination commer- ciale "Dural", plongé dans une solution de soude à 41 g par litre La mesure est faite en suivant l'évolution du ler écho secondaire. La figure 11 montre le comportement d'un matériau connu sous la dénomination comerciale "Mecaprex", en cours de polymérisation La mesure est faite sur l'enregistrement du premier écho secondaire avec un barreau de verre (diamètre 20, longueur 100). Le point d'inflexion se situe à 24 minutes (détermination graphique). Sur la figure 12, le point d'inflexion caractérisant l'évolution de la polymérisation est ici déterminé mathématiquement, à partir des enregistrements des valeurs expérimentales des-amplitudes du ler écho secondaire dans un barreau de verre (diamètre 20, longueur 100) plongé dans du matériau connu sous la dénomination commerciale "Métolux NP", (rapport massique durcisseur/résine = 1), en fonction du temps déterminé par le calcul par ajustement à une fonction polynominale du 3 e degré selon les moindres carrés. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exem- ple En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équiva- lents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de l'invention. 2544499 7 - R E V E N D I C A T I 0 N Appareillage pour la mesure de l'évolution dans le temps des conditions de réflexion d'ondes ultrasonores sur une interface, du genre comportant en association une sonde relais, formée par un organe émetteur récepteur ( 2) d'ondes ultrasonores accolé à un barreau longitudinal ( 3) transmetteur de ces ondes, et un dispositif de mesure ( 5) des caractéristiques des ondes ultrasonores émises puis réfléchies par la sonde-relais en contact par une interface avec un milieu ( 4) évolutif ou réactif, caractérisé, d'une part, en ce que le-dit barreau longitudinal ( 3) est d'une longueur supérieure à au moins trois fois son diamètre et que ses parois latérales sont polies, de manière à créer des ondes ultrasonores secondaires réfléchies par ces parois latérales et, d'autre part, en ce que ledit dispositif de mesure ( 5) est muni de moyens électroniques pour sélectionner au moins l'un des dits échos secondaires (F 2 à F 6) réfléchis par les parois latérales et pour mesurer l'évolution dans le temps de l'amplitude de ces dits échos.