Brevet FR2577323A1 — publié le 19860814

L'invention concerne un procédé de sélection don signal acoustique capte dans une installation industrielle pour déterminer 51 ce signal est exploita- ble pour la détection d'un phénomène se traduisant par une émission acoustique dans l'installation. Il est connu d'assurer une surveillance dune installation industrielle cor.plexe telle qu en réacteur nucléaire à eau sous pression, par une méthode acoustique. On a proposé, par exemple, de détecter les ondes acoustiques accompagnant les chocs d'un corps migrant sur certaines parties du circuit primai- re d'n réacteur nucléaire à eau sous pression, gràce à un ensemble de capteurs disposés dans certaines parties du circuit primaire. La détection des corps migrants doit être effectuée de façon extrêmement sûre et extrêmement rapide pouz éviter les détériorations de certaines par ties du circuit primaire qui peuvent éventuellement mettre en cause la sécurité du réacteur tout en évi tant des arrêts intempestifs de ce réacteur. De telles méthodes de surveillance acoustique peuvent permettre également de déceler un début de rupture d'une pièce et d'intervenir sur l'installation avant que cette pièce ne se soit détachée et soit devenus un corps migrant. Il est connu également de rechercher les amorces de rupture dans des installatians ou composants industriels complexes. lors des essais précédant leur mise en service, en enregistrant les signaux acoustiques émis par ces structures sous l'effet des contraintes subies pendant les essais. Les impacts et la propagation des fissures sont en effet des phénomènes Mécaniques qui se tradux- sent par l'émission d'ondes acoustiques dont on peut déterminer avec une très bonne précision l'instant d'arrivée sur un capteur disposé sur l'installation en cours de surveillance ou d'essai, ou à son voisinage immédiat. On peut ainsi déterminer de façon très précise la ou les zones dans lesquelles ont été émises les ondes acoustiques, en utilisant un ensemble de capteurs placés en des endroits précis de l'installation , cette localisation de l'origine des ondes acoustiques permet.d'effectuer une surveillance ou un contrôle plus efficace de l'installation. Cependant. les capteurs acoustiques reçoivent non seulement les ondes utiles traduisant directement les phénomènes dont on effectue la détection mais encore des ondes parasites telles que les échos des ondes utiles ou des ondes dues à des phénomènes différents des impacts ou de la propagation des fissures. tels que des frottements ou phénomènes hydrauliques (bruits d'écoulement, cavitation). Les échos multiples d'un signal utile peuvent entrainer des erreurs d'interprétation ou des incertitudes dans la mesure des temps d'arrivée et donc dans la localisation de l'origine des ondes. De plus. lorsqu'on stocke les informations sur bande ou disque magnétiques. ces signaux remplissent inutilement les supports de stockage. Les ondes acoustiques d'origine mécanique traduisant un impact ou une fissuration se caractérisent par une montée très rapide en amplitude, ce qui permet de déterminer avec une grande précision leur moment d'arrivée sur un capteur. I1 n'en est pas de même des échos de ces ondes directes ou des frottements ou autres parasites mécaniques qui ont un temps de montée en amplitude beaucoup plus long. Les signaux acoustiques reçus par des capteurs du type piézoélec trique sont transformés par ces capteurs en signaux électriques dont l'amplitude traduit directement l'amplitude des ondes acoustiques reçues. Pour leur traitement, ces signaux sont d'abord redressés et se trouvent sous forme d'une suite d'alternances d'amplitudes variables.Les signaux électriques représentatifs de signaux acoustiques traduisant directement un phénome- ne mécanique ont un temps de montée en amplitude très bref alors que les signaux électriques redressés traduisant les échos multiples de ces ondes directes ou des frottements, par exemple, ont un temps de montée en amplitude beaucoup plus long. On ne connaissait pas jusqu'ici de procédé permettant d'analyser très facilement et très rapidement ces signaux pour déterminer s'ils sont exploitables pour la détection d'un phénomène d'origine mecanique dans l'installation sur laquelle on effectue la surveillance ou le contrôle. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de sélection d'un signal acoustique capté dans une installation industrielle pour déterminer Si ce signal est exploitable pour la détection d'un phénomene mécanique se traduisant par une émission acoustique, chaque signal émis et capté dans l'installation étant mis sous forme d'un signal électrique redressé, ce procédé devant permettre une sélection rapide, par des moyens simples, sans avoir à analyser le signal de façon détaillée. Dans ce but - on compare l'amplitude de chacune des alternances du signal électrique redressé correspondant au signal acoustique à une première amplitude fixe -prédéterminée, appelée seuil bas, - on compare l'amplitude de chacune des alternances du signal électrique redressé à une seconde amplitude fixe prédéterminée. supérieure à la première et appe lée seuil haut, - on détermine un intervalle de temps de durée fixe prédéterminée Ti ayant pour origine le début du premier dépassement du seuil bas par une alternance du signal. - on recherche si un dépassement du seuil haut a lieu pendant l'intervalle de temps de durée TI, - et on accepte le signal acoustique considéré comme exploitable si au moins un dépassement du seuil haut a lieu pendant l'intervalle de temps de durée T1. L'invention est également relative à un dispositif permettant la sélection de signaux acoustiques, par le procédé suivant l'invention. Afin de bien faire comprendre l'invention. on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe. un mode de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procede suivant l'invention et le fonctionnement de ce dispositif, dans le cas d'un ensemble de capteurs acoustiques placés au voisinage d'une zone du circuit primaire d'un réacteur nucléaire à eau sous pression dans laquelle on effectue une surveillance d'impact. Dans ces figures - la Fig. t est une représentation très schématique du dispositif de sélection de signaux acoustiques associé à quatre capteurs constituant les éléments d'entrée de quatre lignes de mesure. - la Fig. 2 est un schéma détaillé de la constitution du dispositif de sélection de signaux as soucie à une ligne de mesure. - les Fig. 3A et 3B sont des représentations de signaux acoustiques captés dans le circuit primaire d'un réacteur nucléaire. - les Fig. 4A, 4B, 4-C et 4D sont des représentations de signaux électriques à différentes étapes de leur traitement dans le dispositif de sélection représente aux Fig. 1 et 2. - la Fig. 5 est un schéma montrant les différentes étapes pour l'obtention d'un signal électrique de validation, dans le cas d'un signal acoustique direct traduisant un impact. - la Fig. 6 est un schéma montrant les différentes étapes correspondantes a celles de la Fig. 5, dans le cas d'un signal acoustique parasite capté par un dispositif de surveillance d'impact. Sur la Fig. 1, on voit quatre capteurs ta, lb, lc et id qui sont des capteurs acoustiques piézoélectriques disposés à des endroits déterminés au voisinage d'une zone du circuit primaire d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, pour la détection d'im- pacts dans ce circuit primaire. Chacun des capteurs 1 constitue l'entrée d'une ligne de mesure dont la partie initiale représentée aux Fig. 1 et 2 est un dispositif de sélection de signaux. Les signaux sélectionnés en sortie de ce dispositif sont traités dans une partie de l'installation de surveillance d'impact de la centrale nucléaire non représentée ; ce traitement ultérieur comporte en particulier la détermination des ordres et des temps d'arrivée des ondes acoustiques sur les différents capteurs. Le dispositif de sélection comporte successivement un étage de préamplification 2, un étage de redressement du signal 3, un étage 4 de comparaison du signal redressé à des seuils et d'élaboration de signaux de discrimination et enfin un étage 5 d'élabo ration d'un signal de validation du signal acoustique initial. Les différents signaux de validation sont transmis à une porte OU 7 à quatre entrées permettant de délivrer un signal de validation dans le cas où au moins l'une des quatre entrées reçoit elle-même un signal de validation. Les différents signaux intermédiaires en cours de traitement peuvent être visualisés comme représenté sur les Fig. 3 å 6. Sur la Fig. 2, on voit que la sortie d'un préamplificateur 2 est reliée, par l'intermédiaire d'un condensateur et d'une résistance de découplage désignés par le repère 10, à l'étage 3 de redressement du signal constitué par deux amplificateurs opérationnels 12 et 13 associés à différents éléments suivant un montage habituel. Un potentiomètre 11 permet d'ajuster la valeur minimale du signal à la valeur OV. L'étage de comparaison et d'élaboration de signaux 5 est constitué par deux bascules monostables 14 et 14' recevant d'une part le signal redressé en sortie de l'étage 3 et d'autre part une valeur de seuil qui peut être ajustée grâce à un potentiomètre 17 (ou tu'). Les bascules 14 et 15' émettent un signal tout ou rien déclenché lorsqu'une alternance du signal redressé dépasse le seuil d'amplitude correspondant et interrompu lorsque l'alternance retombe en-dessous du seuil. La valeur de seuil entrée dans la bascule monostable 14 et réglée par le potentiomètre 17 est inférieure à la valeur de seuil entrée dans la bascule monostable 14' et ajustée par le potentiomètre 17'.La première valeur de seuil est appelée seuil bas et la seconde valeur seuil haut. L'étage 5 d'élaboration d'un signal de vali dation est constitué par deux multivibrateurs monostables 15 et 16 disposés en série auxquels sont associés des potentiomètres 21 et 22 respectivement, permettant de régler les temps T1 et T2 d'émission de signaux d'amplitude constante, par les multivibrateurs 15 et 16 déclenchés par un signal d'entrée. Le second multivibrateur 16 est redéclenchable. Le signal en sortie du second multivibrateur 16 de durée T2 est combiné par une porte 20 au signal de discrimination venant de la bascule monostable 14' et résultant de la comparaison du signal redressé avec le seuil haut. La porte 20 est une porte NOR et fournit en sortie le signal de validation Y. La forme de ce signal de validation permet de retenir ou au contraire d'éliminer le signal acoustique reçu dans le dispositif de sélection. Elle permet, par exemple. d'effectuer le traitement numérique du signal acoustique à l'origine du signal de valida tion. On va maintenant décrire les différents signaux obtenus dans le dispositif de sélection et le fonctionnement de ce dispositif. Sur les Fig. 3A et 3B, on voit deux types de signaux reçus par un capteur 1 d'une installation de surveillance d'impact d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. Le signal representé sur la Fig. 3A correspond aux ondes acoustiques directes reçues par le capteur à la suite d'un choc. Ce signal présente un front très raide, avec une montée en amplitude très rapide et de grande ampleur. Un tel signal peut être facilement exploité pour déterminer son temps d'arrivée sur le capteur. La Fig. 3B représente un signal indésirable reçu par le capteur. Ce signal est difficile à interpréter et peut correspondre à l'écho du signal de choc ou à un phénomène différent d'un choc, tel qu'un frottement dans le circuit primaire ou une turbulence hydraulique. D'autre part, il serait excrément difficile d'exploiter ce signal, par exemple pour déterminer son instant d'arrivée sur le capteur 1. En effet, la montée en amplitude est lente et de faible ampleur, si bien que le signal se distingue peu du bruit de fond pendant une période de temps relativement longue. Le traitement des signaux reçus par le capteur 1 dans un dispositif de selection tel que représenté aux Fig. 1 et 2 permet d'accepter un signal acoustique tel que représenté en 3A et de rejeter un signal parasite tel que représenté en 36. Sur la Fig. 4a, on voit un signal électrique fourni par le capteur piézoélectrique 1, après l'étage de préamplification 2. Sur la Fig. iB. on voit le même signal en sortie de l'étage de redressement 3. Les alternances du signal à son entrée dans l'étage de comparaison 4 sont alors toutes positives. Dans l'étage de comparaison 4, ces alternances positives sont compares en amplitude d'une part à la valeur du seuil bas 25 et d'autre part à la valeur du seuil haut 26. Dans le cas représente à la Fig. 4B, les six alternances médianes 28 depassent en amplitude le seuil bas 25. En revanche, seules les deux alternances centrales 28a et 28b dépassent le seuil haut 26. Sur la Fig. 4C, on voit le signal de discrimination de seuil bas émis par la bascule monostable 14. Ce signal de discrimination comporte six impulsions successives 29 initiées par le dépassement du seuil bas 25 par une alternance 28 du signal et inter rompues par la retombée de l'alternance correspondante en-dessous du seuil bas 25. Les impulsions 29 ont donc une durée correspondant à la durée de dépassement du seuil bas par les alternances du signal électrique redressé. De la même façon, on a représenté sur la Fig. 4D, les deux impulsions 30 correspondant au dépassement en amplitude du seuil haut 26, par les alternance 28a et 28b du signal électrique redressé. Le signal de discrimination de seuil bas A et le signal de discrimination de seuil haut O sont envoyés à la sortie de l'étage de comparaison 4, sur le premier multivibrateur 15 et sur la porte NOR 20 respectivement. Sur la Fig. 5, on a représenté de haut en bas un signal de discrimination seuil bas A, un signal T1 en sortie du premier multivibrateur 15, un signal T2 en sortie du second multivibrateur 16, un signal de discrimination seuil haut 9 et enfin le signal de discrimination Y obtenu à partir de ces signaux en sortie de la porte 20. Ces signaux correspondent au traitement du signal acoustique représente sur la Fig. 3A. Dans le multivibrateur 15, l'initiation de la première impulsion 29a du signal de discrimination A déclenche un signal à tension constante de durée T1. A l'issue de la durée TI, la tension du signal issu de 15 s'annule et un second signal est initié par l'impulsion suivante 29b du signal de discrimination seuil bas. Ce second signal a également une tension constante et une durée T1. Les signaux de durée T1 sont reçus par le second multivibrateur 16 qui se déclenche lors de la retombée du premier signal T1. Le multivibrateur 16 fournit un signal d'amplitude de tension constante et de durée T2. Ce signal de durée T2 et le signal de discrimination seuil haut B sont transmis à la porte 20 qui fournit en sortie le signal de validation Y. Le signal T2 est un signal d'inhibition qui annule toutes les impulsions du signal de discrimination seuil haut B. On ne retrouve donc dans le signal de validation Y que les impulsions 30a et 30b du signal de discrimination seuil haut B qui ont été émises avant l'initiation du signal T2 c'est-à-dire pendant la durée T1 suivant la première impulsion 29a du signal de discrimination de seuil bas. Ces impulsions sont de sens positif et permettent de valider un signal acoustique acceptable pour le traitement ulte- rieur. Le signal T2 permet d'inhiber le système de sélection pendant quelques dizaines de microsecondes après la réception d'un signal. On obtient ainsi une séparation des différentes opérations de sélection et une élimination des échos multiples d'une onde reçue par les capteurs.Les impulsions du signal de validation permettent le déclenchement du sytème de traitement des signaux, par exemple pour effectuer un comptage des différences de temps d'arrivée du signal sur les différents capteurs utilisés pour la suveillance d'une zone du circuit primaire du réacteurs nucléaire ou un déclenchement de l'acquisition numérique de signaux analogiques correspondants. Sur la Fig. 6, on a représenté le traitement d'un second signal, analogue au traitement du premier signal faisant l'objet de la Fig. 5 et correspondant au signal de la Fig. 38. La première impulsion 29a du signal de discrimination de seuil bas A déclenche un signal de tension constante et de durée TI grâce au multivibrateur 15. Ce premier signal de durée T1 est suivi d'un second signal de même durée déclenché par l'impulsion 29b du signal de discrimination seuil bas A. La retombée du signal T1 déclenche le second multivibrateur 16 qui émet un signal d'amplitude constante et de durée T2. Ce signal de durée T2 et le signal de discrimination de seuil haut B sont combinés grâce à la pote 20 qui fournit en sortie le signal de validation Y. Le signal de discrimination de seuil haut 8 ne présente des impulsions 30 qu'après la retombée du signal T1, c'est-à-dirè pendant l'émission du signal T2. Ce signal T2 provoque l'inhibition de ces impulsions, si bien que le signal de validation Y ne comporte aucune impulsion. Ce signal de validation traduit un signal acoustique dont le temps de montée en amplitude est trop long pour que le signal soit acceptable pour le traitement ultérieur. Le signal de validation est alors parfaitement plat et le signal acoustique n'est pas accepté par le dispositif de surveillance. On obtient donc grâce au procédé et au dispositif selon l'invention un critère de discrimination des signaux acoustiques très facile à mettre en oeuvre avec une très grande rapidité et sans avoir à analyser le signal reçu par le capteur de façon détaillée. D'autre part, en modifiant la durée du signal T1. on peut modifier ce critère. Ce réglage peut être obtenu par un simple potentiométre comme il a été décrit. Il est également possible de modifier les critères conduisant à l'élaboration des signaux de discrimination c'est-à-dire le seuil bas et le seuil haut pris en compte par le dispositif de comparaison. Le signal d'inhibition T2 dont la durée peut être réglée permet de séparer parfaitement le traite- ment des différentes ondes acoustiques reçues par le capteur. Le multivibrateur 16 peut être redéclenché lors d'une opération suivante de sélection, son rôle se bornant à inhiber le signal de validation pendant une durée réglable correspondant aux échos. L'invention ne se limite pas au mode de realisation qui a été decrit. C'est ainsi qu'on peut imaginer de réaliser d'une manière différente l'électro- nique de sélection qui a été décrite de façon détaillée en se référant à la Fig. 2. On peut imaginer d'autres modes d'obtention d'un signal de validation en vérifiant directement la présence d'un dépassement du seuil haut pendant un laps de temps d'une durée prédéterminée après le premier dépassement du seuil bas par le signal. On peut imaginer l'utilisation du procédé et du dispositif de sélection suivant l'invention dans le cas du traitement de signaux acoustiques d'origine mé- canique, dans une installation industrielle quelconque. On peut utiliser cette méthode de sélection aussi bien pour la surveillance d'une installation industrielle que pour le contrôle d'une structure complexe et de grandes dimensions. REVENDICATIONS 1.- Procédé de sélection d'un signal acoustique capté dans une installation industrielle pour déterminer si ce signal est exploitable pour la détection d'un phénomène mécanique se traduisant par une émission acoustique, chaque signal acoustique émis et capté dans l'installation étant mis sous forme d'un signal électrique redressé, caractérisé par le fait - qu'on compare l'amplitude de chacune des alternances (28) du signal électrique redressé correspondant au signal acoustique à une première amplitude (25) fixe prédéterminée, appelée seuil bas, - qu'on compare l'amplitude de chacune des alternances (28) du signal électrique redressé à une seconde amplitude (26) fixe prédéterminée, supérieure à la pre mièvre et appelée seuil haut, - qu'on détermine un intervalle de temps de durée fixe prédéterminé Tî ayant pour origine le début du premier dépassement du seuil bas (25) par une alternance (28) du signal, - qu'on recherche si un dépassement du seuil haut (26) a lieu pendant l'intervalle de temps de durée TI, - et qu'on accepte le signal acoustique considéré comme exploitable si au moins un dépassement du seuil haut (26) a lieu pendant l'intervalle de temps de durée T1. 2.- Procédé de sélection suivant la revendication 1, caractérisé par le fait - qu'on élabore un signal A de discrimination de seuil bas comportant une impulsion 29 initiée par chaque dépassement du seuil bas (25) par une alternance (28) du signal redressé, d'une durée correspondant à la durée du dépassement du seuil bas (25) par l'alternance (28) du signal redressé, - qu'on élabore un signal de discrimination de seuil haut B comportant une impulsion initiée par chacun des dépassements du seuil haut (26) par une alternance (28), d'une durée correspondant à la durée de depasse- ment du seuil haut (26) par l'alternance (28), - qu'on élabore un premier signal d'amplitude fixe et de durée prédéterminée T1 initié par la première impulsion (29a) du signal de discrimination de seuil bas A, - qu'on élabore un second signal d'amplitude fixe et de durée prédétermminée T2 initié par la fin du premier signal de duree T1, - et qu'on élabore un signal de validation Y en combinant le signal B de discrimination seuil haut et le signal de durée T2 appelé signal d'inhibition, de façon que le signal de validation Y comporte des impulsions correspondant uniquement aux impulsions du signal de discrimination de seuil haut B émises en dehors de la période d'activation du signal d'inhibition T2 c'està-à-dire pendant la période d'activation du premier signal d'une durée T1. 3.- Procédé de sélection suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2. caractérisé par le fait que les valeurs du seuil bas 25 et du seuil haut 26 peuvent être réglées. 4.- Procédé de sélection suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que la durée Tt du premier signal et la durée T2 du signal d'inhibition peuvent être réglées. 5.- Procédé de sélection suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la duree T2 du signal d'inhibition est de quelques dizaines de microsecondes. 6.- Dispositif de sélection d'un signal acoustique capté dans une installation industrielle et mis sous forme d'un signal électrique redressé par l'intermédiaire d'un préamplificateur (2) et d'un redresseur (3) caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de comparaison du signal à un seuil bas (25) et à un seuil haut (26) prédétermines, constitué par deux bascules monostables 114. 14') recevant chacune le signal électrique redressé (28) et une valeur de seuil prédéterminée (25. 26) et un étage d'élabora- tion d'un signal de validation constitué par deux multivibrateurs monostables (15. 16) en série dont le premier (15) reçoit le signal en sortie de la bascule monostable (t4) effectuant la comparaison du signal avec le seuil bas pour l'élaboration d'un signal de durée fixe prédéterminé T1 initié par le signal de comparaison au seuil bas et dont le second (16) reçoit le signal de durée T1 émis par le premier multivibrateur (15 > , pour l'élaboration d'un signal de durée prédéterminée T2 initié par la fin du signal de durée T1 ainsi qu'une porte (20) recevant d'une part le signal de durée T2 ou signal d'inhibition et d'autre part le signal en sortie de la bascule monostable (14') de comparaison avec le seuil haut, la porte (20) élaborant un signal de validation Y résultant de l'inhibition du signal de comparaison au seuil haut en sortie de (14') par le signal de durée T2. 7.- Dispositif de sélection suivant la revendication 6, caractérisé par le fait qu'à chacune des bascules monostables (14, 14') est associé un potentiomètre (17, 17') pour le réglage de la valeur de seuil fournie à la bascule monostable (14. 14') correspondante. 8.- Dispositif de sélection suivant la revendication 6, caractérisé par le fait qu'à chacun des multivibrateurs (15, 16) est associé un potentiomètre (21, 22) pour le réglage de la valeur de la durée TI, T2 du signal émis par le multivibrateur (15. 16). 9.- Application du procédé de sélection suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, à la sélection d'ondes acoustiques dans une installation de détection d'impacts dans le circuit primaire d'un réacteur nucléaire à eau sous pression.