Brevet FR2610110A1 — publié le 19880729

La présente invention se rapporte à un disposi- tif pour la détection de défauts structurels et, plus par- ticulièrement, à un dispositif de détection pour trouver un défaut dans diverses constructions, notamment des usi- nes chimiques, des centrales nucléaires, etc. Les constructions, par exemple pour des installa- tions chimiques dans lesquelles est traité un fluide cor- rosif et pour des centrales nucléaires dans lesquelles la sécurité présente une importance particulière, compren- nent des appareils qu'il est nécessaire d'inspecter pério- diquement afin de détecter l'apparition de toute anomalie structurelle. Les méthodes actuellement employées pour ces inspections comportent la mesure de la fréquence naturelle des constructions qui sont l'objet de l'inspection et el- les comprennent la méthode d'essai par martelage suivant laquelle un martelage est appliqué à une construction à inspecter, au moyen d'un marteau équipé d'un détecteur de force, et on détermine la fréquence naturelle de la cons- truction. Toutefois, lorsqu'il n'est pas souhaitable d'expo- ser la construction à un risque de détérioration ou à l'ap- plication d'un degré excessif de vibration, on ne peut pas utiliser la méthode d'essai par martelage. En outre, on ne peut pas compter sur cette méthode d'essai pour l'ins- pection de constructions dans des centrales nucléaires o des effets possibles d'irradiation empêchent les opé- rateurs de s'approcher des constructions. Pour l'inspection des anomalies structurelles, on a également proposé d'utiliser un excitateur de vibra- tion piézoélectrique. Toutefois, la plage de fréquence qui peut être utilisée par cet excitateur de vibration est limitée seulement à une bande de haute fréquence et, en outre, la capacité d'excitation de vibration de l'ex- citateur est relativement limitée. Par suite, cette métho- de proposée ne convient pas en pratique. La présente invention évite les divers incon- vénients ci-dessus de l'art antérieur. Elle a pour objet un dispositif de détection des défauts structurels au moyen duquel on peut inspecter des constructions pour re- chercher toute anomalie structurelle sans endommager les constructions qui sont l'objet de l'inspection, et sans communiquer une vibration inutile ou excessive aux cons- tructions. L'invention a également pour objet un dispositif de détection des défauts structurels au moyen duquel on peut effectuer une inspection pour rechercher une anoma- lie structurelle non seulement pour des constructions dans des usines chimiques et des centrales nucléaires mais éga- lement sensiblement dans toutes les autres constructions, telles que navires, ponts, etc. L'invention a encore pour objet un dispositif de détection des défauts structurels dont le fonctionnement peut être commandé à distance. Conformément à l'invention, les objectifs ci- dessus sont atteints par un dispositif de détection des défauts structurels,qui comprend un excitateur de vibra- tion et un détecteur de vibration pouvant être fixés de façon démontable et espacée à une construction à inspecter, par lequel les ondes de vibration engendrées en réponse à la vibration excitée par l'excitateur de vibration, propa- gées à travers la construction et détectées par le détec- teur de vibration sont analysées afin de détecter un dé- faut dans la construction, et qui est caractérisé en ce qu'on utilise un accéléromètre piézoélectrique comme exci- tateur de vibration. Ainsi, la présente invention est caractérisée en ce qu'on utilise un accéléromètre piézoélectrique, non pour sa fonction initiale ou normale comme vibromètre ou détecteur de vibrations, mais comme excitateur de vibra- tion. L'accéléromètre piézoélectrique à utiliser dans la présente invention doit de préférence être un accélé- romètre qui possède une large plage de la bande de fréquen- ce utile (1 Hz à 10 kHz) et, en outre, il ne doit pas com- muniquer une vibration inutile ou excessive à une cons- truction à inspecter. Un exemple d'accéléromètre piézo- électrique utilisable est l'accéléromètre à haute sensibi- lité de type 213 E, fourni par ENDEVCO Corporation (USA). L'accéléromitre piézoélectrique est connecté à un générateur de signal de vibration par l'intermédiaire d'un circuit de commande d'impulsions, de sorte que la vibration peut être excitée par des signaux pulsés engen- drés par le générateur de signal de vibration, qui doit de préférence avoir une capacité de production de 20 à 10 000 signaux pulsés par seconde. En ce qui concerne le détecteur de vibration, qui est destiné à capter les ondes de vibration propagées à travers une construction à inspecter, on utilise un accé- léromètre piézoélectrique comme pour l'excitateur de vi- bration précité. Lors de la détection d'ondes de vibration, le détecteur de vibration émet des signaux qui sont envoyés à un amplificateur de charge, amplifiés par celui-ci puis envoyés à un enregistreur de données et/ou à un analyseur de transformée rapide de Fourier, auquel les signaux pul- sés engendrés par le générateur de signal de vibration sont également envoyés. L'amplificateur de charge comporte un même nombre de canaux que le détecteur de vibration à fixer de façon démontable à la construction à inspecter. L'enregistreur de données comporte un nombre de canaux égal au total du nombre de canaux de l'excitateur de vibration et du nombre de canaux du détecteur de vibration à fixer de façon démon- table à la construction à inspecter. L'analyseur de transformée rapide de Fourier est Z610110 prévu pour l'analyse de la forme d'onde des signaux four- nis par le détecteur de vibration. Bien que l'inspection d'une éventuelle anomalie structurelle dans une construc- tion soit effectuée avec référence ou sur la base de la forme d'onde analysée par l'analyseur de transformée ra- pide de Fourier, le résultat de l'analyse de la forme d'onde est stocké dans ou par un dispositif de contrôle, tel qu'un microordinateur, et il est également traité pour l'établissement d'un diagramme par une table traçante. Le dispositif suivant la présente invention com- prend également un sélecteur qui a pour fonction d'effec- tuer une sélection entre un côté en circuit et un côté hors circuit, et également pour fonction de prendre sélec- tivement les données de deux canaux optionnels quelconques. D'autres objets et avantages de la présente inven- tion apparaîtront mieux à la lumière de la description dé- taillée ci-après du mode préféré de réalisation de l'in- vention, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: Fig. 1 est un schéma d'un dispositif de détection de défauts structurels conforme à la présente invention; et Fig. 2 illustre un agencement espacé préféré d'un excitateur de vibration et d'un détecteur de vibra- tion. Sur la figure 1, le repère 3 désigne une construc- tion qui fait l'objet de l'inspection d'une anomalie struc- turelle et à laquelle deux excitateurs de vibration 41 et 42 et six détecteurs de vibration 51' 52' 53, 54, 55 et 56 sont fixés de façon démontable. Les excitateurs de vibration et les détecteurs de vibration sont disposés suivant un agencement espacé particulier. Comme représenté sur la figure 2, un excita- teur de vibration 4 et un détecteur de vibration 5 sont placés de part et d'autre d'un point ou d'une région 3a de la construction 3 dans laquelle on suppose qu'une di- minution de l'épaisseur de la plaque de matière de cons- truction s'est produite, du fait par exemple de la cor- rosion ou de la formation d'une fissure ou d'un défaut analogue. On a vérifié que l'excitateur de vibration 4 et le détecteur de vibration 5 doivent de préférence être mutuellement espacés d'une distance allant jusqu'à 5 m inclus. Pour chacun des excitateurs de vibration 41 et 42' on utilise un accéléromètre piézoélectrique ayant une ban- de de fréquence dans une plage de 1 Hz à 10 kHz et qui ne tend pas à appliquer une vibration inutile ou excessive à la construction 3. Un accéléromètre piézoélectrique ayant un fonctionnement semblable à celui des excitateurs de vibration est également utilisé pour chacun des détec- teurs de vibration 51,' 5 3, 54 55 et 56. On voit également sui la figure 1 un générateur 1 de signal de vibration qui fournit 20 à 10 000 signaux pulsés par seconde. Les signaux fournis par ce généra- teur de signal 1 sont envoyés à un circuit de commande d'impulsions 2, par un câble 13. Le circuit'2 comprend deux amplificateurs de charge 2a et 2b, l'amplificateur 2a étant relié à l'excitateur de vibration 41 par un câble 141 tandis que l'amplificateur 2b est relié à l'excitateur de vibration 42 par un câble 142. Le repère 6 désigne un amplificateur à six ca- naux, au côté d'entrée duquel les détecteurs de vibra- tion 51V 52, 53, 54, 55 et 56 sont raccordés par des câbles 151, 152, 153, 154, 155 et 156, respectivement. Le repère 7 désigne un enregistreur de données à huit canaux, auquel les signaux amplifiés par l'ampli- ficateur 6 sont introduits par des câbles 161, 162, 163, 164, 165 et 166. Les signaux pulsés engendrés par le gé- nérateur 1 de signal de vibration sont également envoyés à l'enregistreur de données 7 par un câble 17 branché sur le câble 13. Le repère 8 désigne un sélecteur qui possède une Z610110 fonction de prise sélective des données de deux canaux au choix et une fonction de sélection entre un côté en circuit et un côté hors circuit. Plus précisément, ce sélecteur 8 comprend un premier élément de sélection 8a qui effectue la sélection entre le côté en circuit et le côté hors circuit et auquel le côté de sortie de l'enre- gistreur de données 7 est raccordé par des câbles 181, 182, 183, 184, 185 et 186. Des câbles 191, 192, 193, 194, et 196 branchés sur les câbles 161, 162, 163, 164, 165 et 166 respectivement, et un câble 20 branché sur le câble 13 également sont raccordés au premier élément de sélection 8a. Le sélecteur 8 comprend également un deu- xième élément de sélection 8b, qui prend sélectivement les données sur deux canaux optionnels et auquel un ana- lyseur 9 de transformée rapide de Fourier est raccordé par un câble 21. Sur la figure 1, le repère 11 désigne un dis- positif decommande comportant une interface incorporée. Ce dispositif de commande 11 est relié à l'analyseur 9 de transformée rapide de Fourier par un câble 22, à une ta- ble traçante 12 par un câble 23 et également à un dispo- sitif de commande FD 25 par un câble 24. L'analyseur de transformée rapide de Fourier est également relié à la table traçante 12 par un câble 26. Le dispositif de détection de défauts structu- rels conforme à l'invention, décrit ci-dessus, fonctionne comme décrit ci-après. Toutefois, pour simplifier la des- cription, on considère que, en ce qui concerne l'excita- teur de vibration 4 et le détecteur de vibration 5, seuls fonctionnent l'excitateur indiqué en 41 et le détecteur indiqué én 51. On suppose également que le premier élé- ment de sélection 8a est constamment connecté au côté en circuit. Dans les conditions ci-dessus, le dispositif est mis en service et des signaux pulsés sont alors fournis par le générateur de signal de vibration 1, am- plifiés par le circuit de commande d'impulsions 2 puis transmis à l'excitateur de vibration 41 pour provoquer l'excitation de cet élément 41. La vibration de l'excita- teur 41 est propagée à travers la construction 3 et détec- tée par le détecteur de vibration 51. Les signaux de vibration captés par le détecteur 51 sont amplifiés par l'amplificateur 6, envoyés à l'ana- lyseur 9 de transformée rapide de Fourier, soumis à une analyse de forme d'onde par cet analyseur 9 puis stockés dans le dispositif de commande 11. En outre, les données présentées à l'analyse de forme d'onde par l'ana- lyseur 9 sont soumises à un traitement de diagramme par la table traçante 12. De la même façon que les signaux de vibration dé- tectés par le détecteur de vibration 51, les signaux pul- sés produits par le générateur de signal de vibration 1 sont eux-mêmes également traités pour une analyse de forme d'onde par l'analyseur de transformée rapide de Fourier, puis stockés dans le dispositif de commande 9 et, simulta- nément, traités pour l'établissement d'un diagramme par la table traçante 12. On peut prévoir de stocker d'abord les données initialement obtenues comme ci-dessus, par enregistrement de ces données sur l'enregistreur 7, dans une situation dans laquelle la connexion du premier élément de sélection 8a est effectuée du côté hors circuit et, au moment o de nouvelles données sont collectées après l'écoulement d'un certain laps de temps, les données sont envoyées à l'ana- lyse. Dans ce cas, après écoulement dudit laps de temps, le dispositif peut fonctionner pendant une deuxième pé- riode dans les mêmes conditions que celles dans lequelles une inspection initiale a été effectuée, afin de collec- ter des données sur les signaux engendrés par le généra- teur de signal de vibration 1 et des données sur les signaux de vibration détectés par le détecteur de vibra- tion 5 et d'effectuer un examen comparatif des données nouvellement collectées et des données initialement col- lectées et précédemment stockées. Ainsi, on peut détermi- ner tout changement de la fréquence naturelle ou de la ca- ractéristique de réponse aux vibrations de la construction, pour détecter ainsi effectivement tout défaut éventuelle- ment apparu dans la construction. Bien que la description ci-dessus du mode préfé- ré de réalisation de l'invention se réfère seulement au cas ou l'excitateur de vibration 41 et le détecteur de vibration 51 sont seuls en service, on comprend facile- ment que les deux excitateurs de vibration 41 et 42 et les six détecteurs de vibration 51 52, 53, 54, 55 et 56 peuvent être combinés sélectivement de façon appropriée et mis en service pour localiser exactement un point ou des points d'un défaut dans la construction. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant l'invention, sans sortir du cadre de celle-ci. Revendications 1. Dispositif de détection de défauts structurels qui comprend un excitateur de vibration (4) et un détec- teurde vibration (5) à fixer de façon démontable et espa- cée à une construction (3) à inspecter, par lequel les ondes de vibration engendrées en réponse à une vibration excitée par l'excitateur de vibration, propagées à travers la construction et détectées par le détecteur de vibration sont analysées pour détecter un défaut dans la construc- tion, caractérisé en ce qu'on utilise un accéléromètre piézoélectrique comme excitateur de vibration. 2. Dispositif suivant la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'un générateur de signal de vibration (1) est connecté audit excitateur de vibration (4) par l'intermédiaire d'un circuit de commande d'impulsions (2).