Brevet FR2696239A1 — publié le 19940401

DISPOSITIF DE DETECTION PAR ULTRASONS DE DEFAUTS DANS UNE CONDUITE CYLINDRIQUE La présente invention a pour objet un dispositif de détection par ultrason de défauts dans une conduite cylindrique. De façon plus précise, la présente invention conceme plus particulièrement le miroir accoustique dit à double pente qui constitue un des composants essentiel du dispositif de détection en combinaison avec ltemetteur-récepteur d'ultrasons. De tels détecteurs sont utilisés pour le contrôle de nombreux types de conduites. C'est en particulier le cas pour contrôler avec une grande précision d'éventuels défauts notamment des défauts transversaux dans des tubes de générateurs de vapeur de réacteurs nucléaires. n va cependant de soi que de tels détecteurs peuvent être utilisés pour de nombreuses autres applications. La figure 1 annexée montre le principe du miroir à double pente connu utilisé dans les détecteurs à ultrasons. Le miroir M comporte deux faces réfléchissantes M1 et M2 qui sont tournées vers la source d'ultrasons S. On a symbolisé par X, X l'axe de la conduite. Le faisceau de détection FD sensiblement axial est réfléchi par la portion de miroir M1 vers la paroi du tube T. Le faisceau réfléchi FD pénètre dans l'épaisseur de la paroi du tube T. En l'absence de défaut, l'énergie ultrasonore est absorbée par le tube. Lorsqu'il existe un défaut dans la paroi, le faisceau se propageant dans la paroi est réfléchi et il ressort de la paroi en suivant le chemin inverse du faisceau de détection émis FD. Ce faisceau, en retour, est détecté par le capteur à ultrasons S. Le signal correspondant est traité pour détecter ainsi la présence d'un défaut dans la paroi du tube. Pour contrôler toute l'épaisseur du tube, une fenêtre temporelle de contrôle est définie, la durée de celle-ci correspond au temps de parcours du faisceau ultrasonore entre les parois interne et externe du tube. Une discontinuité éventuelle en présence dans le tube ne sera prise en compte que dans la fenêtre définie précédemment. On comprend que pour définir l'instant d'ouverture de la fenêtre de détection, il faut connaître avec précision les paramètres géométriques du tube et notamment son diamètre en chaque point de détection. Pour cela, dans les systèmes connus, on utilise un faisceau de référence FR également émis par le capteur à ultrasons S et qui frappe la deuxième portion du miroir M2. Le faisceau réfléchi par M2 référencé FR a une incidence normale par rapport à la paroi du tube. En mesurant le temps d'aller et retour du faisceau FR,FR, on peut en déduire une mesure très précise du diamètre du tube. On obtient donc un écho représentatif de la hauteur d'eau. De ce fait, la fenêtre de contrôle peut être asservie aux variations dimensionnelles du diamètre du tube. Cette solution présente cependant certains inconvénients. D'une part, le point d'impact du faisceau FR est différent du point d'impact du faisceau de détection FD sur la paroi du tube. il peut y avoir des différences de diamètre en ces deux points distincts. De plus, la mesure de temps de propagation peut être perturbée par la présence de bulles parasites dans le liquide remplissant la conduite. Enfin, la différence de pente définissant les portions de miroir M1, M2 est située à proximité de l'axe X, X' c'est-à-dire dans la zone où on a le maximum d'énergie ultrasonore. n s'ensuit des phénomènes de réflexion parasites du faisceau incident qui entraînent des bruits de fond dans le faisceau de détection. Un objet de la présente invention est de fournir un dispositif de détection du type défini ci-dessus dans lequel le miroir double pente présente une définition telle que le faisceau de référence et le faisceau de détection présentent le même point d'impact sur la paroi du tube à contrôler et qui permettent d'éviter ou de limiter les phénomènes de réflexions parasites entrainant la création du bruit de fond. Pour atteindre ce but, selon l'invention, le dispositif de détection par ultrasons de défauts dans une conduite cylindrique comprenant un émetteurrécepteur d'ultrasons et un ensemble miroir à ultrasons disposés en regard dudit émetteur, ledit dispositif présentant un axe sensiblement confondu avec l'axe de la conduite et un plan de symétrie contenant ledit axe, ledit miroir présentant une première face plane réfléchissante et une deuxième face plane réfléchissante, se caractérise en ce que, dans ledit plan de symétrie, ladite première face réfléchissante fait un angle al avec ledit axe tel qu'un faisceau ultrasonore parallèle audit axe soit réfléchi par ladite première surface réfléchissante de telle manière que le faisceau réfléchi fasse un angle d'incidence avec la paroi de ladite conduite telle que la fraction du faisceau réfléchi pénétrant dans ladite conduite fasse un angle de l'ordre de 45 degrés avec la face interne de la paroi de la conduite, en ce que ladite deuxième surface réfléchissante est plus proche de l'émetteur-récepteur que ladite première surface, qu'elle est entièrement contenue dans le demi espace limité par un plan orthogonal au plan de symétrie passant par l'axe de ladite conduite et ne contenant pas le point d'impact dudit faisceau réfléchi et à une distance h dudit plan orthogonal, et en ce que ladite deuxième surface réfléchissante fait un angle a2 avec ledit axe telle que la portion réfléchie par ladite paroi dudit faisceau réfléchi soit lui-même réfléchi par ladite deuxième surface réfléchissante vers ledit émetteur-récepteur. On comprend que grâce à la forme particulière dudit miroir, le faisceau de référence est constitué par la portion réfléchie du faisceau réfléchie par le premier miroir. Le point d'impact sur la paroi du tube est donc exactement le même pour le faisceau de référence et pour le faisceau de détection. En outre, ils ont, bien sûr, le même trajet dans le liquide contenu dans le tube. On comprend également que du fait que la deuxième surface réfléchissante est à une certaine distance de l'axe du miroir, les éventuelles réflexions parasites n'interviennent pas sur la partie centrale du faisceau ultrasonore, c'est-à-dire la partie du faisceau transportant le plus d'énergie. On limite ainsi le bruit de fond dans le signal recueilli. De plus, les deux surfaces réfléchissantes occupent des positions relatives telles que le faisceau de référence atteigne l'émetteur-récepteur avant un faisceau en retour correspondant à la détection d'un défaut. De préférence, le miroir et l'émetteur-récepteur d'ultrasons sont solidaires l'un de l'autre. C'est cet ensemble qui est mis en rotation pour contrôler toute la circonférence d'une section droite du tube. L'avantage de ce type de dispositif est que, une fois optimisées, les caractéristiques acoustiques du couple miroir/émetteur-récepteur restent constantes pour tous les points à contrôler d'une même circonférence. Au contraire, certains systèmes existent où le capteur est en rotation par rapport au miroir ou inversement. De ce fait, ils évoluent l'un par rapport à l'autre. Ceci implique que les caractéristiques acoustiques évoluent de la même manière durant le contrôle et en conséquence peuvent conduire à des mesures erronées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles: la figure 1 déjà décrite, montre, en coupe longitudinale, un miroir double pente de type connu; la figure 2 montre, en coupe longitudinale et de façon schématique, le dispositif de détection par ultrasons introduit dans un tube contrôlé; la figure 3 est une vue en coupe longitudinale du miroir à double pente. Selon l'invention, la figure 2 montre un dispositif de mesure par ultrasons introduit à l'intérieur d'un tube à contrôler. Plus précisément, on a représenté le tube 10, par exemple un tube d'un générateur de vapeur de réacteur nucléaire, dont l'extrémité 10a est dudgeonnée dans la plaque à tubes 12 du générateur. A l'intérieur du tube 10 on a représenté schématiquement le dispositif de mesure 14 qui comprend une enveloppe cylindrique 16 munie d'une ouverture 18. L'enveloppe 16 est munie de moyens de centrage et de guidage ainsi que de moyens d'entrainement schématisés en 20. Ces moyens permettent également la rotation du dispositif autour de l'axe X,X' de la conduite pour contrôler les différentes parties du tube situées dans une même section droite de celui-ci. A l'intérieur du corps 16, on trouve essentiellement un émetteur-récepteur ultrasonore 22, et disposé en regard de cet émetteur-récepteur, un miroir double pente 24. Selon ce mode préféré de réalisation, l'émetteur 22 et le miroir 24 sont fixés l'un par rapport à l'autre. Cette solution présente les avantages déjà mentionnés. il va cependant de soi qu'on ne sortirait pas de l'invention si l'émetteur était immobile en rotation, seul le miroir étant monté rotatif.L'émetteur-récepteur ultra sonore 22 est relié à un ensemble de circuits électriques 26. Ces circuits 26 servent, d'une part, à commander l'émission de faisceaux ultrasonores et d'autre part, à traiter les faisceaux ultrasonores reçus en retour pour en déduire éventuellement un défaut dans la paroi du tube 10. Sur la figure 3, on a représenté plus en détails un mode préféré de réalisation du miroir double pente du dispositif de détection. Sur cette figure, on a fait apparaître la paroi du tube 10 d'axe X, X. A l'intérieur du;tube qui est rempli d'eau, on a représenté, d'une part, l'émetteur-récepteur d'ultrasons 22 avec sa face sensible 22a et le corps du miroir 24. Comme on l'a déjà indiqué, le miroir 24 est constitué par deux faces réfléchissantes planes30 et 32 qui sont, bien sûr, tournées vers l'émetteur-récepteur d'ultrasons 22. Dans un plan de symétrie qui est le plan de la figure 3 et qui passe par l'axe X, X' du tube, les faces réfléchissantes 30 et 32 font respectivement des angles al et a2 avec l'axe X, X'. Comme on le Voit sur la figure, la première face réfléchissante 30 s'étend de part et d'autre de l'axe X, X c'est-à-dire de part et d'autre d'un plan contenant cet axe et perpendiculaire au plan de symétrie du dispositif alors que la surface réfléchissante 32 est entièremenet disposée endessous de ce plan. Plus précisément, la surface réfléchissante 32 est plus proche de ltémetteur-récepteur 22 que la face réfléchissante 30.La face 32 est raccordée à la face 30 par une portion de surface 34 qui est parallèle au plan horizontal passant par l'axe X, xf et par une portion inclinée 36 présentant une inclinaison opposée à celle de la première surface réfléchissante 30 afin d'éviter des phénomènes de réflexion parasite. En outre, la portion de surface horizontale 34 est disposée sensiblement en retrait par rapport à l'axe X,' d'une distance h. ll en résulte que la deuxième face réfléchissante 32 est elle-même disposée sensiblement en retrait par rapport au plan horizontal défini précédemment. Pour décrire plus en détails la forme et les caractéristiques du miroir à double pente 24, on va expliciter les différents faisceaux ultrasonores intervenant dans la détection d'éventuels défauts dans le tube 10. L'émetteur 22 émet un faisceau F1 sensiblement selon l'axe X, X. Ce faisceau est réfléchi par la surface réfléchissante 30 pour donner le faisceau F2. Le point d'impact A de celui-ci sur la face interne 10a de la paroi du tube 10 est donc disposé en avant du point d'impact du faisceau sur le premier miroir réfléchissant. En d'autres termes, le faisceau F2 est globalement dirigé vers l'émetteur 22 contrairement à ce qui apparait sur la figure 1. Une partie du faisceau F2 pénètre dans la paroi 10 du tube en se réfléchissant alternativement ce qui donne le faisceau F3. L'inclinaison al de la surface réfléchissante 30 est telle que le faisceau F3 fasse sensiblement un angle de 45 degrés avec la paroi du tube. Cest l'orientation la plus favorable pour la détection des défauts transverses du tube. Une partie du faisceau F2 est réfléchie par la face externe 10a de la paroi du tube pour donner le faisceau F4 qui rencontre la deuxième surface réfléchissante 32. La surface réfléchissante 32 réfléchi à son tour le faisceau F4 selon le faisceau F5 qui est recueilli par ltémetteur-récepteur. Le faisceau F4, F5 constitue le faisceau de référence. En l'absence de défaut dans la paroi 10 du tube, la partie du faisceau F2 qui a pénétré dans la paroi du tube, c'est-à-dire le faisceau F3 est absorbée par réflexions successives. Le faisceau de référence est recueilli par l'émetteurrécepteur ce qui donne, comme on l'a déjà expliqué, une mesure du diamètre du tube au point d'impact A et ce qui définit l'instant d'ouverture de la fenêtre de détection. Le détecteur constate qu'il n'y a pas de défaut. En revanche, si un défaut se présente dans la paroi du tube, une partie du faisceau F3 est réfléchie par ce défaut ce qui donne un faisceau en retour F3 puis un faisceau F2 ayant même direction que le faisceau F2 mais de sens opposé. Ce faisceau lui-même est réfléchi par la première face réfléchissante 30 pour donner un faisceau F1 de détection qui est recueilli par le capteur. Simultanément, le faisceau F4 réfléchi par la deuxième surface réfléchissante 32 donne le faisceau F5 qui est également recueilli par le capteur 22. Le faisceau F5 recueilli sert à commander l'ouverture de la fenêtre de détection d'un éventuel faisceau correspondant à un faisceau F1. L'instant d'ouverture de la fenêtre et la durée ou largeur de la fenêtre de détection ne permettent de détecter un défaut que dans la mesure où celui-ci est rencontré par le faisceau entre le "demi-bond" et le "bond" ou entre le "bond" et le "bond et demi" suivant le cas. On obtient ainsi par le faisceau un balayage complet de l'épaisseur du tube le long d'une génératrice, la rotation du couple "capteur/miroir" avec un pas d'avance défini permet de contrôler une portion complète de tube. Par demi-bond, il faut entendre la portion du faisceau diffracté à l'intérieur de la paroi du tube entre les points consécutifs de réflection sur les faces interne et externe de cette paroi. Il faut ajouter que les positions relatives des surfaces réfléchissantes 30 et 32 sont définies de telle manière que le faisceau F5 atteigne ltémetteur-récepteur 22 avant un éventuel faisceau en retour F1. REVENDrCATlONS 1. Dispositif de détection par ultrasons de défauts dans une conduite cylindrique comprenant un émetteur-récepteur d'ultrasons (22) et un ensemble miroir à ultrasons (24) disposé en regard dudit émetteur-récepteur, ledit dispositif présentant un axe confondu avec l'axe de la conduite (10) et un plan de symétrie contenant ledit axe, ledit ensemble miroir présentant une première face plane (30) réfléchissante et une deuxième face plane réfléchissante (32), caractérisé en ce que, dans ledit plan de symétrie:: ladite première face réfléchissante (30) fait un angle al avec ledit axe, tel qu'un faisceau ultrasonore (F1) parallèle audit axe soit réfléchi par ladite première surface réfléchissante, de telle manière que le faisceau réfléchi (F2) fasse un angle d'incidence avec la paroi (10a) de ladite conduite (10), tel que la fraction (F3) du faisceau réfléchie pénétrant dans ladite conduite fasse un angle de 45 degrés, en ce que ladite deuxième surface réfléchissante (32) est plus proche de l'émetteur-récepteur que ladite première surface (30), qu'elle soit entièrement contenue dans le demi espace limité par un plan orthogonal au plan de symétrie et ne contenant pas le point d'impact A dudit faisceau réfléchi (F2) et à une distance h dudit plan orthogonal, et en ce que ladite deuxième surface réfléchissante (32) fait un angle (a2) avec ledit axe tel que la portion (F4) réfléchie par ladite paroi dudit faisceau réfléchi (F2) soit réfléchie par ladite deuxième surface selon un faisceau (F5) vers ledit émetteur-récepteur (22). 2. Dispositif de détection par ultrasons selon la revendication 1, caractérisé en ce que les faces réfléchissantes (30 et 32) ont des positions relatives telles que la largeur du trajet entre l'émetteur d'ultrasons (22) et le point d'impact (A) sur la conduite (10) du faisceau réfléchi par ladite première face réfléchissante (30) est supérieure à la longueur du trajet depuis le point d'impact (A) à l'émetteur d'ultrasons (22) de la portion (F4) réfléchie par la conduite du faisceau réfléchi, elle-même réfléchie (F5) par ladite deuxième face réfléchissante (32). 3. Dispositif de détection par ultrasons selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit émetteur-récepteur d'ultrasons (22) et ledit ensemble miroir à ultrasons (24) sont fixés l'un par rapport à l'autre.