Brevet FR2714472A1 — publié le 19950630

Procédé et dispositif d'échographie par ultrasons La présente invention concerne un dispositif d'échographie par ultrasons qui comprend un émetteur-récepteur, destiné à émettre et recevoir des signaux ultrasonores pulsés suivant un premier trajet de transmission, et un système de réflexions multiples. Quand on utilise ce dispositif pour l'examen de la paroi d'un tuyau par exemple, le premier trajet de transmission est essentiellement parallèle à la paroi du tuyau. Le système de réflexions multiples comprend un premier plan de réflexion et un second plan de réflexion qui dirigent des faisceaux sur la paroi du tuyau et renvoient des faisceaux réfléchis vers l'émetteur-récepteur. L'invention concerne également un procédé pour examiner une paroi à l'aide de ce dispositif. Un tel dispositif d'échographie est connu d'après le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4 022 055 qui décrit l'utilisation d'une paire de plans de réflexion pour des ondes ultrasonores. Chaque plan de réflexion définit un autre trajet de transmission vers la paroi à examiner. L'un de ces autres trajets de transmission est perpendiculaire à la paroi à examiner et le second trajet de transmission fait un certain angle sur cette paroi. Le trajet de transmission perpendiculaire sert à produire des signaux de réflexion qui donnent une information sur l'épaisseur de la paroi à examiner. Le trajet de transmission dirigé suivant un certain angle sert à détecter des irrégularités telles que des fissures dans la paroi du tuyau. Des dispositifs d'échographie tels que celui auquel se rapporte l'invention sont utilisés en pratique par exemple pour détecter des fissures dans les tubes à vapeur des installations nucléaire à refroidis sement par eau dans lesquelles, pour des raisons de sécurité, une détection précoce de telles fissures est importante. On a constaté en pratique que la majorité des fissures qui apparaissent ont un plan de réflexion perpendiculaire à la paroi du tuyau dans laquelle se trouve la fissure. Par conséquent, l'énergie des ondes ultrasonores qui sert dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n" 4 022 055 à détecter l'épaisseur de la paroi et qui est pour cela dirigée perpendiculairement sur la paroi du tuyau ne contribue pas à la signalisation de ces fissures. Seule la partie de l'énergie qui est envoyée sur la paroi à examiner en faisant un certain angle est appropriée à la détection de ces fissures. Une réflexion se produit alors à l'emplacement de la fissure de sorte qu'une partie de l'onde ultrasonore se propage en sens opposé, en direction de l'émetteurrécepteur où la réflexion est détectée. Toutefois, une grande partie de l'énergie se disperse dans la paroi du tuyau et n'est utile ni pour détecter la fissure ni pour tout autre chose. Le document EP-A-479368 décrit un dispositif d'échographie dans lequel deux miroirs plans et un miroir concave dirigent deux faisceaux, provenant d'un seul émetteur-récepteur, dans la paroi d'un tuyau de manière à ce que les faisceaux se rencontrent à 90" dans la paroi du tuyau. Le but est d'éviter la diaphonie entre les faisceaux et d'obtenir la même longueur de trajet pour les deux faisceaux. L'objectif de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif d'échographie qui ait une plus grande sensibilité de détection des fissures du type décrit. Le procédé et le dispositif de l'invention peuvent en même temps fournir une information sur 1 epaisseur de la paroi et sur le profil intérieur de la paroi. D'après la présente invention, il est proposé un dispositif d'échographie par ultrasons qui comprend un émetteur-récepteur, destiné à émettre et recevoir des signaux ultrasonores pulsés le long d'un premier trajet de transmission, et des moyens de réflexions multiples qui comprennent un premier plan de réflexion et un second plan de réflexion se trouvant tous deux dans ledit premier trajet de transmission. Chacun des premier et second plans de réflexion définit un autre trajet de transmission le long duquel les ondes ultrasonores provenant de l'émetteur-récepteur sont projetées en faisant des angles respectifs par rapport au premier trajet de transmission, le premier trajet de transmission et les autres trajets de transmission se trouvant dans un plan commun. Les angles respectifs des autres trajets de transmission par rapport à la paroi à examiner sont tous deux inférieurs à 90" et sont choisis pour que les autres trajets de transmission se rencontrent. Si le premier trajet de transmission est parallèle à la paroi et si le plan commun des trajets est perpendiculaire à la paroi, l'angle de chacun des deux autres trajets de transmission par rapport à la paroi est plus important que l'angle critique d'incidence sur la paroi, de telle sorte que les ondes ultrasonores projetées sur la paroi pénètrent au moins partiellement dans la paroi. Le procédé d'examen d'une paroi selon la présente invention comprend les étapes consistant à : émettre des signaux ultrasonores à partir d'un émetteur-récepteur le long d'un premier trajet de transmission parallèle à ladite paroi; réfléchir ces signaux, au niveau de premier et second plans de réflexion qui se trouvent dans le premier trajet de transmission, le long d'autres trajets de transmission respectifs qui se trouvent dans un plan commun avec le premier trajet de transmission et sont dirigés sur la paroi en faisant par rapport à la paroi un certain angle qui est inférieur à 900 et supérieur à l'angle critique d'incidence, si bien que les signaux ultrasonores pénètrent au moins partiellement dans la paroi, les premier et second autres trajets de transmission se rencontrant dans la région de la paroi ; et détecter des signaux réfléchis par la paroi et revenant à l'émetteur-récepteur. De préférence, la somme de l'angle que fait le premier plan de réflexion par rapport au premier trajet de transmission et de l'angle que fait le second plan de réflexion par rapport au premier trajet de transmission vaut approximativement 900. Cette somme se situe de préférence dans la fourchette 880 à 92". L'énergie sonore transmise par l'émetteur-récepteur et réfléchie par le premier plan de réflexion se réfléchit au niveau de la face interne de la paroi du tuyau et, après avoir pénétré dans la paroi, se réfléchit aussi contre la face externe de la paroi du tuyau. Ces réflexions reviennent par un second trajet, situé entre la paroi du tuyau et le second plan de réflexion, et de là jusqu'à l'émetteur-récepteur. Vice-versa, la même chose est vraie pour le faisceau réfléchi au niveau du second plan de réflexion. Toutefois, un signal réfléchi par une fissure ou une crique revient vers le même plan de réflexion que celui dont il provient de sorte que la longueur totale du trajet est différente de celle des réflexions se produisant au niveau des faces interne et externe de la paroi. Lors d'une utilisation, le dispositif de l'invention est placé de telle sorte que les trajets de transmission entre ltémetteur-récepteur, le premier plan de transmission et la paroi à examiner et entre l'émetteur- récepteur, le second plan de réflexion et la paroi coïncident entre eux dans la région de la paroi de sorte que toute réflexion se produisant au niveau de la face interne ou externe de la paroi de tuyau à examiner ainsi qu'au niveau de toute irrégularité située dans la paroi puisse revenir à l'émetteur-récepteur. Le dispositif donne une performance optimale de l'énergie totale envoyée par l'émetteur-récepteur, ce qui rend optimale la sensibilité de détection des fissures. En outre, il permet d'obtenir des informations sur la paroi, à savoir sur son épaisseur, grâce aux réflexions qui se produisent sur les faces interne et externe de la paroi ainsi que, de la même manière, une information sur le profil de la paroi du tuyau. D'après la présente invention, on obtient les meilleurs résultats si l'angle que fait le premier plan de réflexion par rapport au premier trajet de transmission vaut de 35 à 37 et si l'angle que fait le second plan de réflexion par rapport au premier trajet de transmission vaut de 55 à 530. On a constaté qu'un angle choisi à 10 d'écart de l'angle optimal donne une différence de performance de 6 décibels. La présente invention va maintenant être illustrée par la description d'un mode de réalisation non limitatif, en référence aux dessins d'accompagnement, dans lesquels la figure 1 montre le dispositif d'échographie de l'invention utilisé pour examiner une partie de la paroi d'un tuyau exempte de fissures, et la figurelmontre le dispositif d'échographie de la figure 1 utilisé pour examiner une partie de la paroi d'un tuyau dans laquelle il y a une fissure. Des repères numériques identiques désignent des composants identiques dans les deux figures. La paroi 4 d'un tuyau, qui comporte une face interne 5 et une face externe 6 de paroi, est examinée à l'aide du dispositif d'échographie conforme à la présente invention. Pour cela, des signaux pulsés sont envoyés par un émetteur-récepteur d'ultrasons 1 en direction d'une paire de plans de réflexion 2 et 3 qui agissent conjointement avec l'émetteur-récepteur 1. Les plans de réflexion 2 et 3 sont établis à des angles différents par rapport à l'émetteur-récepteur 1 et sont décalés l'un de l'autre dans le sens longitudinal. Le trajet de transmission 7 entre ltémetteur-récepteur 1 et le dispositif de réflexions multiples qui comprend les plans de réflexion 2 et 3 s'étend essentiellement parallèlement à la paroi de tuyau 4 à examiner. Les plans de réflexion 2 et 3 renvoient le faisceau, reçu par le trajet de transmission 7, en direction de la paroi de tuyau 4 de façon que deux autres trajets de transmission 8, 9 soient définis des deux plans de réflexion 2 et 3 jusqu'à la paroi de tuyau, trajets qui coïncident dans la région de la paroi de tuyau 4. L'angle que fait chaque trajet 8, 9 par rapport à la paroi 4 est d'environ 450. Le premier trajet 8 est dirigé vers l'avant, c'est-à-dire dans le même sens que le trajet 7, tandis que l'autre trajet 9 est dirigé vers l'arrière. Les deux trajets sont dans le même plan et dans le plan qui contient le trajet 7. Sur les dessins, le trajet 7 est indiqué par deux traits pour la facilité des explications mais, en réalité, il ne représente qu'un seul faisceau de transmission et de retour comme expliqué ci-après. L'angle que fait le premier plan de réflexion 2 par rapport au trajet de transmission 7 ajouté à l'angle que fait le plan de réflexion 3 par rapport au trajet de transmission 7 donne une valeur d'approximativement 900. n est préférable que l'angle que fait le premier plan de réflexion 2 par rapport au premier trajet de transmission 7 vaille de 35 à 370 et que l'angle que fait le second plan de réflexion 3 par rapport au premier trajet de transmission 7 vaille de 55 à 530. Les ondes ultrasonores se trouvant dans le trajet de transmission 7 atteignent la paroi 4 du tuyau, après avoir été réfléchies par les plans de réflexion 2 et 3, en suivant les trajets de transmission 8 et 9. Lorsqu'elles arrivent sur la face interne 5 de la paroi 4, il se produit une réflexion partielle de ces ondes ultrasonores. Le faisceau qui a atteint la face interne 5 par le trajet de transmission 8 est partiellement réfléchi et revient à l'émetteur-récepteur 1 en suivant le chemin formé par le trajet de transmission 9 et le trajet de transmission 7. Le faisceau des ondes qui atteignent la face interne 5 de la paroi 4 par le trajet de transmission 9 suit une route correspondante. De manière similaire, ce faisceau est partiellement réfléchi et ces réflexions reviennent également à l'émetteur-récepteur 1 en suivant le chemin formé par le trajet de transmission 8 et le trajet de transmission 7, en sens inverse. Les longueurs totales des trajets de ces deux faisceaux sont les mêmes et, par conséquent, un signal unique apparaît dans l'enregistrement représenté à la figure 1 (dans laquelle IP désigne l'impulsion initiale) pour le diamètre intérieur ID du tuyau. Une autre partie de l'énergie sonore des faisceaux qui atteignent la paroi de tuyau 4 par les trajets de transmission 8 et 9 pénètre dans la paroi de tuyau 4 et se réfléchit au niveau de la face externe 6 de la paroi de tuyau 4 si, comme représenté à la figure 1, s'il n'y a ni fissure ni crique dans la paroi 4. Là encore, les deux faisceaux réfléchis par la face externe 6 reviennent chacun à l'émetteurrécepteur 1 par l'autre trajet, de sorte que les deux trajets ont la même longueur totale et qu'un signal unique apparaît pour le diamètre extérieur OD, comme représenté sur l'enregistrement de la figure 1. L'intervalle de temps entre les signaux ID et OD donne l'épaisseur de la paroi et le signal ID donne une information sur le profil et la forme de la face interne de la paroi. S'il y a une fissure dans la paroi, une partie du faisceau qui se propage sur le trajet de transmission 8 est réfléchie par la fissure et revient par le trajet 8 et le trajet 7 jusqu'à ltémetteur-récepteur 1. La longueur totale de ce trajet est plus courte que la longueur totale du trajet du signal ID, si bien que le signal d'écho correspondant à la fissure apparaît avant le signal ID de la paroi, comme indiqué par l'enregistrement de la figure 2 au niveau de la flèche orientée vers la droite. De manière similaire, le faisceau qui se propage par le trajet de transmission 9 est partiellement réfléchi au niveau de la fissure et revient par les trajets 9 et 7 jusqu'à ltémetteur-récepteur 1. Cette réflexion a une longueur totale de trajet qui est plus longue que les réflexions OD, de sorte qu'un autre signal d'écho dû à la fissure apparaît après le signal OD, comme représenté dans l'enregistrement de la figure 2 au niveau de la flèche dirigée vers la gauche. En fait, on détecte les deux bords de la fissure. I1 est également possible de surveiller l'atténuation du signal OD provoquée par une fissure ou une crique. I1 est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'échographie par ultrasons caractérisé en ce qu'il comprend un émetteur-récepteur (1) destiné à émettre et recevoir des signaux ultrasonores pulsés le long d'un premier trajet de transmission (7) et des moyens de réflexions multiples qui comprennent un premier plan de réflexion (2) et un second plan de réflexion (3) se trouvant tous deux dans ledit premier trajet de transmission, chacun des premier et second plans de réflexion définissant un autre trajet de transmission (8, 9) le long duquel les ondes ultrasonores provenant de l'émetteur-récepteur sont réfléchies en faisant des angles respectifs par rapport au premier trajet de transmission, ledit premier trajet de transmission (7) et lesdits autres trajets de transmission (8, 9) se trouvant dans un plan commun, lesdits angles respectifs desdits autres trajets de transmission étant choisis pour que lesdits deux autres trajets de transmission se rencontrent et, quand ledit premier trajet de transmission (7) est parallèle à une paroi (4) devant être examinée à l'aide dudit dispositif et que ledit plan commun est perpendiculaire à ladite paroi, l'angle de chacun desdits deux autres trajets de transmission par rapport à la paroi est inférieur à 900 et est plus important que l'angle critique d'incidence sur ladite paroi, de telle sorte que les signaux ultrasonores projetés sur la paroi pénètrent au moins partiellement dans la paroi. 2. Dispositif d'échographie selon la revendication 1, caractérisé en ce que la somme de l'angle que fait le premier plan de réflexion (2) par rapport au premier trajet de transmission (7) et de l'angle que fait le second plan de réflexion (3) par rapport au premier trajet de transmission (7) vaut approximativement 900. 3. Dispositif d'échographie selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle que fait ledit premier plan de réflexion (2) par rapport au premier trajet de transmission (7) vaut de 35 à 37 et l'angle que fait le second plan de réflexion (3) par rapport audit premier trajet de transmission (7) vaut de 55 à 530. 4. Procédé d'examen d'une paroi (4) à l'aide de signaux ultrasonores, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à - émettre des signaux ultrasonores à partir d'un émetteurrécepteur (1) le long d'un premier trajet de transmission (7) parallèle à ladite paroi; - réfléchir lesdits signaux, au niveau de premier et second plans de réflexion (2, 3) qui se trouvent dans ledit premier trajet de transmission, le long d'autres trajets de transmission respectifs (8, 9) qui se trouvent dans un plan commun avec ledit premier trajet de transmission et sont dirigés sur ladite paroi en faisant un certain angle par rapport à la paroi qui est inférieur à 90" et supérieur à l'angle critique d'incidence, si bien que les signaux ultrasonores pénètrent au moins partiellement dans la paroi (4), lesdits premier et second autres trajets de transmission se rencontrant dans la région de la paroi ; et - détecter des signaux réfléchis par la paroi (4) et revenant à l'émetteur-récepteur (1). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits angles que font lesdits autres trajets de transmission (8, 9) par rapport à ladite paroi (4) sont sensiblement égaux de sorte qu'un signal provenant dudit premier plan de réflexion (2) et réfléchi par une face (5, 6) de ladite paroi revient vers ledit second plan de réflexion (3), et vice-versa. 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la somme de l'angle que fait le premier plan de réflexion (2) par rapport au premier trajet de transmission (7) et de l'angle que fait le second plan de réflexion (3) par rapport au premier trajet de transmission (7) vaut approximativement 900. 7. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'angle que fait ledit premier plan de réflexion (2) par rapport au premier trajet de transmission (7) vaut de 35 à 370 et l'angle que fait le second plan de réflexion (3) par rapport audit premier trajet de transmission (7) vaut de 55 à 530.