Brevet FR2613486A1 — publié le 19881007

La présente invention concerne le secteur du contrôle des matériaux composites et plastiques, où des fibres leur conférant des propriétés mécaniques propres, sont noyées dans une matrice en résine. De façon plus générale, la présente invention se rapporte aux essais non destructifs de tous matériaux diélectriques. A notre connaissance, il n'existe pas a l'heure actuelle de dispositif de contrôle de ce genre basé sur l'utilisation des microondes. Le dispositif suivant l'invention permet de contrôler la disposition des fibres dans le matériau et en particulier de détecter si celles-ci présentent une orientation préférentielle. Il est possible également de détecter une fente, une inclusion, un vide ou une crique dans le matériau ; car cela se traduit bien évidemment par un défaut d'homogénéité. Une variation d'épaisseur du matériau est aussi mesurable. Le dispositif objet de l'invention (fig. 1) comporte une source d'onde électromagnétique (1) alimentant un projecteur d'onde servant également de récepteur d'onde (2) (capteur). Entre le capteur et le générateur est intercalé un dispositif d'analyse (3) du système d'onde stationnaire apparaissant par la superposition de l'onde émise par le générateur, et de l'onde réfléchie par le matériau ou pièce (4) en cours d'analyse. Cette pièce est, bien entendu, placée en face de l'émetteur d'onde. Le système d'analyse de l'onde est réalisé grâce à quatre diodes (5) reliés à quatre antennes (6) espacés de l/8 de la longueur d'onde. Les signaux fournis par chaque paire de diodes sont amplifiés par deux amplificateurs opérationnels (7) qui attaquent les plaques X et Y d'un oscilloscope (5) branché en visualisation de figures de LISSAJOU. Nous obtenons sur l'écran de cet oscilloscope un point. Si le système d'analyse est convenablement réglé, la distance de ce point au centre de l'écran est proportionnelle au module du coefficient de réflexion de l'onde sur le matériau ou pièce. Notons que si le générateur microondes délivre une puissance de fréquence fixe, mais dont l'amplitude est modulée en dents de scie, à 50 Hertz par exemple, on obtient sur l'oscilloscope un segment de droite joignant le point figuratif précédemment obtenu au centre de l'écran. La longueur de ce segment est proportionnelle au module du coefficient de réflexion. L'angle entre ce segment et l'axe X est égal à la phase du coefficient de réflexion. Le système d'analyse décrit est en fait un réflectomètre en amplitude et en phase avec visualisation des résultats sur l'écran d'un oscilloscope. Il va de soi que Si l'on remplace ce type de reflectomètre par un montage différent mais conduisant au même résultat de visualisation, cela ne serait en fait qu'une variante de ce montage. Le projecteur d'onde qui sert à la fois d'émetteur et de capteur est réalisé en guide d'onde standard fonctionnant sur le mode T E Ol ; ce qui implique compte tenu des caractéristiques de l'onde propagée, que celle-ci est polarisée rectilignement. Ce capteur peut être, soit fixé rigidement au système d'analyse, soit être relié à celui-ci par un câble coaxial souple assurant la propagation de l'onde de l'un à l'autre. Il peut être ainsi plus facile de positionner ce capteur en face du matériau contrôlé.Si l'on fait tourner la pièce ou le matériau à analyser autour d'un axe perpendiculaire à sa surface, on verra apparaitre sur l'écran de l'oscilloscope de visualisation, l'évolution du coefficient de réflexion, en amplitude et en phase, en fonction de la direction du champs par rapport à une ligne de référence tracée sur 'a surface du matériau : dans le cas d'un matériau à fibres directionnelles. Une anisotropie de la distribution des fibres, une fente, une inclusion, un vide ou une crique entraineront, lors du balayage de la surface du matériau par le capteur, une variation de l'onde réfléchie qui sera immédiatement détectée et représentée sur la système de visualisation. Pour renforcer la sensibilité du montage, il est possible de placer derrière la pièce sous test, un écran métallique plan, servant de réflecteur. La fréquence du générateur micro-ondes est prise autour de 10 GHz. Il va de soi que si l'épaisseur de la pièce à étudier était plus forte, on pourrait choisir une fréquence plus faible. De même, une fréquence plus élevée serait plus appropriée à un matériau d'épaisseur plus mince. Il est préférable si l'on désire obenir une indication pour une zone bien précise de la pièce, d'utiliser un capteur dont l'extrémité sera chargée d'un diélectrique de forte permitivité. La distance de ce capteur au matériau étudié peut-être nulle : au contact ou équivalente à plusieurs fois la longueur d'onde émise. Le dispositif, objet de l'invention peut-être utilisé dans tous les cas ou il s'agit de contrôler la qualité ou l'état de santé de matériaux plastiques, composites ou diélectriques en général. Il permet d'apprécier l'homogénéité de répartition des fibres dans une-piece, de mesurer des épaisseurs, de détecter la présence de fissures, de vides, d'inclusions ou de criques et de les caractériser. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle non destructif des matériaux plastiques ou composites constitués de fibres liés par une résine - caractérisé par le fait que le système d'onde stationnaire provoqué par la réflexion d'une onde sur ce matériau est analysé par un système type reflectomètre où l'amplitude et la phase de l'onde réfléchie sont visualisées grâce à un montage oscilloscopique. 2. Dispositif selon la revendicatidn 1 - caractérisé par le fait que l'analyse de l'onde stationnaire est effectuée au moyen d'un dispositif placé entre le générateur et le capteur. 3. Dispositif selon la revendication 1 - caractérisé par le fait que l'antenne du capteur peut avoir des formes quelconques et même être chargée par un diélectrique de forte permitivité. 4. Dispositif selon la revendication 1 - caractérisé par le fait que les informations sur la qualité et l'état de santé du matériau sont visualisés sur un oscilloscope. 5. Dispositif selon la revendication 1 - caractérisé par le fait que le reflectomètre analysant l'onde réflé cie est constitué par un système à quatre diodes reliées à des sondes situées dans le guide d'onde d'améné de l'énergie micso-ondes et espacées de 1/8 de la longueur d'onde. 6. Dispositif selon la revendication 1 - caractérisé par le fait que la sensibilité de détection du reflec tomètre peut-être augmentée en plaçant derrière la pièce un écran métallique plan. 7. - Dispositif selon la revendication 1 et la revendication 2 - caractérisé par le fait que le capteur peut-être relié au dispo sitif d'analyse de manière fixe ou de manière mobile par l'inter médiaire d'un câble coaxial.