Brevet FR2605113A1 — publié le 19880415

ECHOMETRE A ULTRASONS DESCRIPTION La présente invention concerne un échomètre à ultrasons. Elle s'applique à L'étude de la structure interne d'objets constitues de metal, de matériaux composites, bois, graphite, matières plastiques, etc. On sait étudier la structure interne d'objets à L'aide d'échomètres à ultrasons. De façon connue, un échomètre émet vers L'objet dont on veut étudier la structure interne, au moins un train d'oscillations ultrasonores d'émission. Ces oscillations sont réfléchies par L'objet de manière à produire un train d'oscillations échos. On mesure L'intervalle de temps qui s'écoule entre L'émission du train d'oscillations et la réception de L'écho de ce train. Cet intervalle de temps est égal au double du temps de parcours des oscillations ultrasonores à l'intérieur de l'objet. Ce temps de parcours dépend bien entendu de la structure interne de cet objet et notamment des cavités que celui-ci peut présenter. Toutefois, dans les échomètres connus qui effectuent ce type de mesures, directement à partir des oscillations d'émission et de l'écho de ces oscillations, les mesures sont erronnées, notamment à cause du fait que les oscillations échos comportent un bruit de fond important. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et notamment de réaliser un échomètre à ultrasons dans lequel les mesures ne sont pas affectées par le bruit de fond, ces mesures étant effectuées à partir des oscillations d'émission et d'oscillations de mesure qui sont des oscillations retardées par rapport aux oscillations d'émission et que l'on vient superposer aux oscillations échos. L'invention a pour objet un échomètre à ultrasons comprenant un générateur fournissant sur une sortie au moins un train d'oscillations, cette sortie étant reliée à un transducteur pour appliquer à un échantillon un train d'oscillations ultrasonores d'émission, un récepteur de L'écho de ce train d'oscillations d'émission dans L'échantillon, et des moyens de mesure du temps écoulé entre L'émission du train d'oscillations ultrasonores vers L'échantillon et La reception de L'écho, caractérisé en ce que te générateur comporte une première sortie fournissant ledit train d'oscillations d'émission, ces oscillations présentant une frequence prédéterminée et chaque oscillation ayant une durée prédéterminée, ce générateur comportant une deuxième sortie fournissant un train d'oscillations ultrasonores de référence identiques à celles du train d'oscillations d'émission, les moyens de mesure comportant un déphaseur réglable à déphasage mesurable, la valeur de ce déphasage étant fournie sur une sortie du déphaseur, ce déphaseur étant relié à la deuxième sortie du générateur et fournissant sur une autre sortie un train d'oscillations de mesure identiques aux oscillations de référence et présentant un retard réglable par rapport à ces oscillations de référence, un comparateur de phases relié à une sortie du récepteur et à la sortie du déphaseur, ce comparateur fournissant sur une sortie un signal d comparaison de phases entre Les oscillations échos et les oscillaticns de mesure, des moyens de traitement et de commande reliés à la sortie du comparateur et à une entrée de réglage du déphaseur, pour traiter le signaL de comparaison et pour commander le réglage du déphaseur pour obtenir la cointidence entre les oscillations de mesure et les oscillations échos, ces moyens de traitement fournissant sur une sortie, un signal indiquant ladite coincidence, et des moyens précis de mesure de l'intervalle de temps séparant, à l'instant de la coincidence, les oscillations de mesure et les oscillations d'émission, cet intervalle de temps étant égal au double du temps de trajet des oscillations ultrasonores dans L'échantillon, ces moyens de mesure étant reliés à La sortie du déphaseur fournissant La valeur du déphasage réglable, et à la sortie des moyens de traitement fournissant Le signal indiquant la concidence. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de mesure dudit intervalle de temps sont déclenchés sur le front montant de La première oscillation du train d'oscillations d'émission, et arreté sur le front montant de la première oscillation du train d'osciLLations de mesure. Selon une autre caractéristique, la co;nciderice est détectée lorsque le signal de comparaison présente une durée et une amplitude maximales. Les caractéristiques et avantages de L'invention ressortiront mieux de La description qui va suivre, donnée en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un échomètre à ultrasons conforme à L'invention, - les figures 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f sont des chronogrammes de signaux fournis par certains des moyens utilisés dans L'échomètre ; ces chronogrammes permettent de mieux comprendre le fonctionnement de celui-ci. L'échomètre à ultrasons conforme à L'invention, représenté schématiquement sur la figure 1 comprend un générateur 1, fournissant sur une sortie 2, au moins un train d'oscillations qui seront décrites plus loin en détail. Cette sortie est reliée à un transducteur ultrasonore 3, par exemple par l'intermédiaire d'un amplificateur 4. Ce transducteur applique à un échantillon 5 un train d'oscillations ultrasonores d'émission. Cet échomètre comprend aussi un récepteur 6 de L'écho de ce train d'oscillations d'émission dans l'échantillon 5. Des moyens 7 permettent de mesurer, comme on le verra plus loin en détail, le temps écoulé entre L'émission du train d'oscillations ultrasonores vers L'échantillon et la réception de l'écho de ces oscillations d'émission, dans L'échantillon. Il est évident que le générateur 1 peut fournir, à une cadence prédéterminée, une succession de trains d'oscillations d'émission. Les oscillations d'émission présentent une fréquence prédéterminée et chaque oscillation ayant une durée prédéterminée ; le générateur comporte aussi une deuxième sortie 8 qui fournit un train d'oscillations ultrasonores de référence, identiques à celles du train d'oscillations d'émission. Les moyens de mesure 7 comportent un déphaseur réglable et mesurable 9, relié à la deuxième sortie 8 du générateur 1. Ce déphaseur fournit sur une sortie 10, un train d'oscillations de mesure, identiques aux oscillations de référence fournies par la sortie 8 du générateur, et présentant un retard réglable et mesurable par rapport à ces oscillations de référence. Ce type de déphaseur bien connu dans l'état de la technique n'est pas décrit ici en détail. En fait le retard introduit par ce déphaseur est connu à chaque instant grâce à une horloge et un compteur internes. La valeur de ce retard est fournie sous forme numérique sur une sortie 18 du déphaseur. Les moyens de mesure comportent aussi un comparateur de phase 11, relié à une sortie du récepteur 6 et à la sortie 10 du déphaseur 9. Ce comparateur fournit sur une sortie 12 un signal de comparaison de phases entre les oscillations échos reçues du récepteur 6 et les oscillations de mesure fournies sur' la sortie 10 du déphaseur 9. Les moyens de mesure comportent aussi des moyens 13 de traitement et de commande, reliés à la sortie 12 du comparateur 11, par exemple par l'intermédiaire d'un filtre 14. Ces moyens de traitement et de commande permettent de traiter le signal de comparaison fourni par le comparateur 11, et de commander par un signal fourni sur une sortie 15, le réglage du déphaseur, de manière à obtenir la ioincidence entre tes oscillations de mesure (fournies sur la sortie 10 du déphaseur), et les oscillations échos (fournies par te récepteur 6), comme on le verra plus loin en détail. Enfin, des moyens 16 de mesure par co;ncidence, déclenchés par un signal de déclenchement fourni sur une sortie 17 des moyens de traitement et de commande 13, permettent de mesurer avec une plus grande précision, à l'instant de la co;ncidence, L'intervalle de temps séparant les oscillations de mesure et les oscillations d'émission fournies sur la première sortie 2 du générateur 1. Cet intervalle de temps est égal au double du temps de trajet des oscillations ultrasonores dans L'échantillon 5. En fait cet intervalle de temps, qui est connu grossièrement à l'instant de la coincidence, grâce à la valeur fournie sur La sortie 18 du dephaseur, est alors déterminé de façon plus precise. Les moyens 16 peuvent être constitués par une horloge associée à un compteur.Cette horloge peut etre beaucoup plus précise (fréquence plus élevée notamment) que L'horloge du déphaseur. Cette horloge est déclenchée par le déphaseur sur le front montant de la première oscillation du train d'émission est arrêtée, au moment de la cogncidence sur le front montrant de La première oscillation du train de mesure.Le compteur des moyens de mesure 16 effectue un comptage des impulsions de l'horloge précise de ces moyens de mesure ; un vernier électronique, qui ne sera pas décrit ici en détail, car bien connu dans L'état de la technique, permet, par comparaison de la valeur de l'intervalle de temps fournie sur la sortie 18 du déphaseur, avec la valeur de l'intervalle de temps fournie par le compteur des moyens de mesure 16, d'obtenir une valeur très précise de l'intervalle de temps I séparant le front montant de la première oscillation du tran d'émission et le front montant de la première oscillation du train de mesure. Les moyens de mesure 16 peuvent également être constitues, de façon connue par des moyens analogiques-numériques un condensateur commençant à se charger à la première oscillation du train d'émission et arrêtant de se charger à la première oscillation du train de mesure, à l'instant de la coincidence. L'amplitude de la tension aux bornes du condensateur à L'instant de la co;ncidence est convertie en valeurs numériques grâce à une horloge et un compteur appartenant aux moyens 16. Les moyens de mesure qui comportent par exemple un vernier électronique, comme précédemment, permettent alors d'obtenir une valeur très précise de L'intervalle de temps I. Le fonctionnement de L'échométre à ultrasons qui vient d'être décrit sera maintenant mieux compris à l'aide des chronogrammes représentés sur les figures 2a à 2e. Le chronogramme de la figure 2a représente schématiquement un train T1 d'oscillations d'émission disponibles sur la sortie 2 du générateur 1, transformées en oscillations d'émission ultrasonores par le transducteur 3. Sur ce diagramme, L'ordonnée V représente L'amplitude des oscillations et l'abscisse désigne le temps t. On a egalement représenté le train E d'oscillations échos du train d'oscillations d'émission dans L'échantillon. Ce train d'oscillations echos est bien entendu déphasé par rapport aux oscillations d'émission, d'un intervalle de temps dont on veut précisément mesurer la valeur. Le train E 2 d'oscillations est un écho secondaire des oscillations d'émission réfléchies par L'échantillon.L'amplitude des oscillations du train E est plus faible que celle des oscillations du premier 2 train E . Les oscillations échos E sont celles qui sont 1 1 disponibles sur la sortie du récepteur 6. La figure 2b est un chronogramme représentant le train T d'oscillations disponibles sur la sortie 10 du déphaseur 9. Ce train d'oscillations est obtenu à partir des oscillations de référence fournies par la deuxième sortie 8 du générateur 1 ; ces oscillations sont retardées d'un intervalle de temps R par le déphaseur 9, vis-à-vis des oscillations T fournies sur la première sortie 2 du générateur. Comme indiqué plus haut, le retard R est réglable. Les oscillations T disponibles sur la M sortie 10 du déphaseur 9, sont qualifiées d'oscillations de mesure. Ces oscillations de mesure sont retardées de façon progressive, vis-å-vis des oscillations d'émission, comme le montre le chronogramme de la figure 2c, pour être amenées en cojncidence avec les oscillations T échos des oscillations d'émission. Sur le chronogramme de La figure 2c, te retard R est plus important que sur le chronogramme de la figure 2b. La coincidence entre les oscillationséchos et les oscillations T M de mesure n'est alors que partielle. Le comparateur 12 fournit alors un signal S qui, filtré dans le filtre 14, a l'allure C représentée sur la figure 2d. Sur cette figure, l'axe des abscisses représente le temps t tandis que l'axe des ordonnées représente L'amplitude V du signal filtré de sortie du C comparateur 11.Ce signal S présente une duree D et une C amplitude A qui ne sont maximales que lorsqu'il y a corncidence temporelle entre les oscillations de mesure T et les M oscillations echos E Les moyens de traitement et de commande 13 ne sont pas décrits ici en détail et comportent notamment des moyens qui permettent de mesurer la durée D du signal S de sortie du C comparateur 11, ainsi que L'amplitude A de ce signal. Ces valeurs mesurées sont enregistrées et des moyens de traitement permettent de rechercher, parmi les valeurs de la durée D et de L'amplitude A, au cours des déphasages R des oscillations de mesure T , les M valeurs de D et de A qui sont maximales.Ces valeurs maximales correspondent en fait à la co;ncidence entre les oscillations de mesure T et les oscillations échos E M 1 Le chronogramme de la figure 2e représente précisément le cas où le train T d'oscillations de mesure fourni à la sortie M 10 du déphaseur 9, est en coincidence avec le train E d'oscillations échos du train T d'oscillation d'émission. C'est à L'instant de cette coincidence que le signal filtré S de sortie du comparateur 11 présente une durée D et une C amplitude A qui sont maximales, comme le montre le chronogramme de La figure 2f. C'est à cet instant que Les moyens 16, commandés par les moyens de traitement et de commande 13, mesurent L'intervalle de temps I qui sépare le train T d'oscillations d'émission et le train T d'oscillations de mesure. A la coincidence, I=R. M En fait, la mesure de l'intervalle de temps I est effectuée, comme indiqué plus haut entre le front montant de la première oscillation du train d'émission et le front montant de la première oscillation du train T de mesure. M La sortie 15 des moyens 13 de traitement et de commande fournit un signal de commande de déphaseur pour augmenter ou diminuer le retard R, de manière à obtenir des valeurs maximales de la durée D et de l'amplitude A du signal S de sortie du C comparateur 11. REVENDICATIONS 1. Echomètre à ultrasons comprenant un générateur (1) fournissant sur une sortie (2) au moins un train d'oscillations, cette sortie étant reliée à un transducteur (3) pour appliquer à un échantillon (5) un train (T ) d'oscillations ultrasonores d'émission, un récepteur (6) de L'écho de ce train d'oscillations d'émission dans l'échantillon, et des moyens de mesure (7) ;;du temps écoulé entre L'émission du train d'oscillations ultrasonores vers l'échantillon et la réception de l'écho, caractérisé en ce que le générateur (1) comporte une première sortie (2) fournissant ledit train d'oscillations d'émission, ces oscillations présentant une fréquence prédéterminée et chaque oscillation ayant une durée prédéterminée, ce générateur comportant une deuxième sortie (8) fournissant un train d'oscillations ultrasonores de référence identiques à celles du train d'oscillations d'émission, les moyens de mesure (4) comportant un déphaseur réglable (9) à déphasage mesurable, la valeur de ce déphasage étant fournie sur une sortie (18) du déphaseur, ce déphaseur étant relié à la deuxième sortie (8) du générateur (1) et fournissant sur une autre sortie C comparai son et pour commander Le réglage du déphaseur pour obtenir la coincidence entre les oscillations de mesure et les oscillations échos, ces moyens de traitement fournissant sur une sortie, un signal indiquant Ladite coincidence, et des moyens précis (16) de mesure de L'intervalle de temps (I) séparant, à l'instant de la co;ncidence, les oscillations de mesure et les oscillations d'émission, cet intervalle de temps étant égal au double du temps de trajet des oscillations ultrasonores dans l'échantillon (5), ces moyens de mesure étant reliés à La sortie du déphaseur fournissant la valeur du dephasage réglable, et à la sortie des moyens de traitement fournissant le signal indiquant la cojncidence. 2. Echomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (16) de mesure dudit intervalle de temps sont déclenchés sur le front montant de la première oscillation du train (T1) d'oscillations d'emission et arrêtés sur le front montant de la première oscillation du train (T ) d'oscillations M de mesure. 3. Echomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la coincidence est détectée lorsque le signal de comparaison (S ) présente une durée (D) et une amplitude (A) C maxima Les.