Brevet FR2600156A1 — publié le 19871218

Procédé et dispositif de mesure de distance par ultrasons La présente invention concerne la mesure de distance par ultrasons, et plus particulièrement un procédé de mesure du type selon lequel un signal ultrasonore est engendré et transmis ê travers un milieu de couplage en direction d'une surface dont la distance par rapport à une origine est à mesurer, et le signal réfléchi par la surface est détecte pour déterminer la distance recherchée en fonction du temps de propagation du signal ultrasonore, Des procédés d'inspection ou de mesure par ultrasons utilisant un milieu de couplage entre un traducteur ultrasonore et une surface d'un produit sont utilisés notamment dans le cas de produits er mouvement, pour éviter l'abrasion ou la destruction Ou traducteur par contact direct avec la surface du produit. Le milieu de couplage est par exemple de liteau en écoulement continu pour maintenir mn permanence une colonne liquide entre le traducteur et la surface du produit tout en évitant un échauffement excessif lorsque la température du produit est élevée. On pourra se référer par exemple au brevet français ne I 299 00Ç. La distance entre la surface du produit et une origine fixe est déterminée en mesurant le temps de propagation des ondes ultrasonores entre la surface du produit et le traducteur ultrasonore, la surface de celui-ci pouvant faire fonction d'origine: La connaissance du temps de propagation des ultrasons dans le milieu de couplage utilisé permet de calculer la distance recherchée et, notamment, de détecter ainsi d'éventuels défauts de surface d'un produit défilant devant le traducteur, en translation ou en rotation. Or, les conditions d'exploitation du procédé font qu'il peut entre impossible de conserver invariable la vitesse de prouagation des ultrasons dans le milieu de couplage . Il en est ainsi lorsque le milieu de couplage est un liquide en écoulement continu dont la composition peut varier. I1 en est également ainsi lorsque la température ou milieu de couplage varie en raison de variations importantes de la température ambiante ou de la température du produit. Dans tous ces cas, la variation de la vitesse de propagation des ultrasons affecte la précision de la mesure de distance. Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de fournir un procédé grâce auquel la mesure de distance peut être efectuée avec précision malgré des variations des caractéristiques de transmission du milieu de couplage. Ce but est atteint grâce à un procédé du type défini en tête de la présente description et dans lequel, conformément à l'invention, un deuxième signal ultrasonore est engendré et transmis à travers le milieu de couplage, et le temps de propagation du deuxième signal sur une distance fixe préétablie est déterminé pour fournir une information représentative de la vitesse relie de propagation des ultrasons dans le milieu de couplage, afin oE déterminer la distance recherchée indépenoamment de variations éver.+uelles de laaite vitesse de propagation. Chaque signal ultrasonore peut être produit au moyen d'un traducteur part-culier et les directions de propagation des deux signaux peuvent être parallèles ou non. Le deuxième signal ultrasonore est par exempte émis par un traducteur ultrasonore en direction ctur.e surface ae référence située à une distance fixe de ce traoucteur. L'invention a aussi pour but de fournir un dispositif de mesure apte à mettre en oeuvre le procédé. Ce but est atteint grâce à un dispositif comportant un boîtier pouvant- être rempli d'un fluide de couplage et muni d'une ouverture, et un premier traducteur ultrasonore disposé de manière à émettre à l'intérieur du boîtier un premier signal ultrasonore qui est dirigé vers l'ouverture du boîtier pour être réfléchi par une surface située devant ladite ouverture et dont la distance par rapport à une origine fixe est à mesurer, dispositif dans lequel, conformément à l'invention, un deuxième traducteur est fixé au boîtier de manière à émettre à l'intérieur du boîtier un deuxième signal ultrasonore qui est dirigé vers une surface de référence située à l'intérieur du boîtier, à une distance fixe préétablie du deuxième traducteur, et des moyens de mesure sont reliés au premier et au deuxième traducteur pour mesurer le temps de propagation de chaque signal afin de déterminer ladite distance à mesurer indépendamment de variations éventuelles de la vitesse de propagation des-ultrasons dans le fluide de couplage. Ce deuxième traducteur est fixé à une paroi du boîtier faisant face à une autre paroi du côté intérieur de laquelle est formée la surface de référence. Le boîtier est avantageusement réalisé en un matériau ayant un coefficient. de dilatation thermique nul ou pratiquement nul de manière à conserver à la distance entre le deuxième traducteur et la paroi de référence une valeur pratiquement constante. D'autres particularités et avantages du procédé et du dispositif conformes à l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation du disoosltif de mesure conforme à l'invention, et - la figure 2 illustre une variante de réalisation du dispositif ce la figure Sur la figure 1, on a représenté de façon très schématique une sonde de mesure comprenant un boîtier 10 de forme générale parallélépipédique dont la paroi inférieure présente une ouverture circulaire 12. La sonde est disposée avec l'ouverture 12 tournée vers une surface S d'un produit P, et disposée à proximité de cette surface, afin de mesurer la distance entre cette surface S et une origine fixe, par exemple une origine liée à la sonde. Le produit P peut être un produit en défilement, la mesure de distance étant utilisée pour détecter des irrégularités de la surface S. Par exemple, le produit P peut être une brame déplacée linéairement devant la sonde de mesure et dont on veut détecter des gonflements ou, comme dans l'exemple illustré, un cylindre déplacé en rotation sur lui-même et dont on veut détecter des déformations superficielles. Un premier traducteur ultrasonore 14 est fixé à travers la paroi supérieure du boîtier 10. La face active du traducteur 14 est constituée d'une pastille piézoélectrique 16 située à l'intérieur du boîtier 10 et faisant face à l'ouverture 12. Le signal ultrasonore produit par la pastille 16 est ainsi transmis vers la surface S, à travers l'ouverture 12, et est réfléchi par la surface S en direction du traducteur 14 faisant fonction d'émetteur et de récepteur. Le traducteur 14 et la surface S ne sont pas en contact direct pour éviter l'abrasion ou l'endommagement de la pastille piézoélectrique. Aussi, comme connu en soi, un fluide de couplage C est interposé entre le traducteur 14 et la surface S pour faciliter la transmission des ultrasons. Dans l'exemple illustré, le fluide de couplage C est un liquide, tel que de l'eau, qui s'écoule en continu entre un orifice d'entrée 18 formé dans la paroi supérieure du boîtier 10 et l'ouverture 12. Le volume intérieur du boîtier ainsi que l'espace entre l'ouverture 12 et la surface S sont ainsi en permanence occupés par le liquide de couplage. Afin d'éviter la formation de bulles qui perturberaient la transmission, on s'efforce de réaliser un écoulement "tranquille" à l'intérieur du boîtier 10.A cet effet, le liquide de couplage C peut être admis dans le boîtier 10 après passage dans une chambre oe "tranquillisation" (non représentée). Un deuxième traducteur ultrasonore 20 est fixé à travers une paroi latérale 10a du boîtier 10. La face active du traducteur 20 est constituée d'une pastille piézoélectrique 22 située à l'intérieur du boîtier 10. La pastille 22 fait face à une surface de référence S' formée du côté intérieur de la paroi latérale lOb du boîtier 10 opposée à la paroi lova, le couplage entre la pastille 22 et la surface S' étant réalisé par le liquide de couplage C remplissant le boîtier 10. La surface S' est par exemple la surface rectifiée d'une partie saillante ou bossage intérieur de la paroi lOb. De la sorte, un signal émis par le traducteur 20 est reçu par celui-ci après réflexion sur la surface S', avant tout autre écho provenant d'une réflexion sur une autre partie de la face intérieure de la paroi 10b. Les traducteurs 14 et 20 sont relis à un circuit de mesure 24 par l'intermédiaire d'un inverseur 26. Dans une position, l'inverseur 26 relie le circuit de mesure 24 au traducteur 14 pour commander l'émission par ce dernier d'une impulsion ultrasonore et pour déterminer une grandeur représentant le temps de propagation T de cette impulsion entre le traducteur 14 et la surface S. De la même façon, dans son autre position, l'inverseur 26 relie le circuit de mesure 24 au traducteur 20 pour commander l'émission par ce dernier d'une impulsion ultrasonore et pour déterminer une grandeur représentant le temps de propagation T' de cette impulsion entre ie traducteur 20 et la surface de référence S'. Le circuit de mesure 24 est de type tout à fait classique, de sorte qu'une description détaillée n'est pas nécessaire ici. il corend un circuit de traitement et de commande 30, par exemple à microprocesseur qui commande un circuit générateur 26 oour appliquer une impulsion de tension électrique à la pastille piézoélectrique du traducteur 14 (ou 20) afin provoquer l'émission d'une impulsion ultrasonore.Les signaux électriques produits par la pastille en réponse à la récepton ces échos de chaque impulsion émise sont reçus par le circuit ce traitement 3D pour déterminer le temps de propagation recnercne (ou T'). Le temps de propagation T mesuré est par exemple celui séparant deux échos ultrasonores successifs (ou non) La oistance Y entre le traducteur 14 et la surface S est alors Y = V T 2n n étant égal au nombre de doubles parcours de l'impulsion ultrasonore entre les deux échos séparés par le temps T, et V étant la vitesse de propagation des ultrasons dans le fluide de couplage C. De la meme façon, la distance X entre le traducteur 20 et la surface S' est de la forme X = V T' 2n' n' étant égal au nombre de doubles parcours de l'impulsion ultrasonore entre les deux échos séparés par le temps T'. On notera, en variante, que les temps de propagation peuvent être déterminés entre l'émission de l'impulsion ultrasonore et la réception du premier écho, ou d'un écho suivant prédéterminé. Les temps T et T' sont mesurés successivement, en commutant l'inverseur 26. La distance Y recherchée est alors calculée au moyen du dispositif de traitement 30 n'. T n T' La valeur Y calculée est transmise à un afficheur numérique 32 et/ou un enregistreur graphique 34. La distance X a une valeur fixe prédéerminée. Afir d'éviter toute variation de cette distance en cours d'utilisation du disscsitif, le transdjcteur 20 est scellé à la paroi îOa du boîtier, par exemple par collage, et le boîtier est réalisé en un matériau présentant une grande staDilité dimensionnelle par rapport à la tempévature, par exemple en "Invar". Dans l'exemple illustré, les onaes ultrasonores produits par les tradjcteurs 14 et 20 ont des directions de propagation différentes. En variante, et comme illustré par la figure 2, les directions de propagation des ondes produites par les deux traducteurs 14 et 20 peuvent être parallèles. Dans ce cas, le traducteur 20 est fixé à travers la paroi supérieure du boîtier 10 avec sa face active tournée vers la paroi inférieure et faisant face à la surface de référence S' formée sur une partie en relief de cette paroi inférieure, du côté intérieur. Pour le reste, le dispositif de la figure 2 est identique à celui de la figure 1, les mêmes signes de référence désignant des mêmes éléments sur les deux figures. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure de distance par ultrasons, selon lequel un premier signal ultrasonore est engendré et transmis à travers un milieu de couplage en direction d'une surface dont la distance par rapport à une origine est à mesurer, et le signal réfléchi par la surface est détecté pour déterminer la distance recherchée en fonction du temps de propagation du signal ultrasonore, caractérisé en ce qu'un deuxième signal ultrasonore est engendré et transmis à travers le milieu de couplage, et le temps de propagation du deuxième signal sur une distance fixe préétablie est déterminé pour fournir une information représentative de la vitesse réelle de propagation des ultrasons dans le milieu de couplage, afin de déterminer la distance recherchée indépendamment de variations éventuelles de ladite vitesse de propagation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque signal ultrasonore est produit au moyen d'un traducteur particulier. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les signaux ultrasonores sont émis dans des directions différentes. 4. Dispositif de mesure de distance par ultrasons comportant un boîtier (10) pouvant être rempli d'un fluide de couplage (C) et muni c'une ouverture (12), et un premier traducteur ultrasonore (14) disposé de manière à émettre à l'intérieur du boîtier un premier signal ultrasonore qui est dirigé vers l'ouverture du boîtier pour être réfléchi par une surface (S) située devant ladite ouverture et dont la distance par rapport à une origine fixe est à mesurer, caractérisé en ce qu'un deuxième traducteur (20) est fixé au boîtier (10) de manière à émettre à l'intérieur du boîtier un deuxième signal ultrasonore qui est dirigé vers une surface de référence (S') située à l'intérieur du boîtier à une distance fixe préétablie du deuxième traducteur, et des moyens de mesure (24, 26) sont prévus pour mesurer Ie temps de propagation de chaque signal afin de déterminer ladite distance à mesurer indépendamment de variations éventuelles de la vitesse de propagation des ultrasons dans le fluide de couplage (C). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le deuxième traducteur (20) est fixé à une paroi du boîtier (10) faisant face à une autre paroi du boîtier du côté intérieur de laquelle est formée la surface de référence (S'). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le boîtier (10) est en un matériau dimensionnellement stable vis à vis de la température. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la surface de référence (S') est formée sur une partie en relief de la surface intérieure de la paroi du boîtier faisant face au deuxième traducteur (20). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce queles directions de propagation du premier et du deuxième signal ultrasonore à l'intérieur du boîtier (10) sont différentes. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les directions de propagation du premier et du deuxième signal ultrasonore à l'intérieur du boîtier (10) sont parallèles. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que les moyens de mesure comportent un commutateur (26) interposé entre les traducteurs ultrasonores (14, 20) et un circuit de mesure (24) pour mesurer sélectivement le temps de propagation du premier ou du deuxième signal ultrasonore par commande du commutateur.