Brevet FR2732246A1 — publié le 19961004

La présente invention se rapporte à un générateur d'ondes de choc destiné à engendrer une onde de choc dans une structure en vue d'en étudier les caractéristiques et se rapporte plus particulièrement à un dispositif d'auscultation d'une structure incorporant un tel générateur d'ondes de choc. Les dispositifs d'auscultation de type connu comprennent des moyens de percussion destinés à percuter une structure et associés à des moyens de mesure de l'onde de choc se propageant dans la structure sous l'effet des moyens de percussion. Un système de traitement de signal assure le traitement du signal délivré par les moyens de mesure de manière à déterminer une ou plusieurs caractéristiques physiques de la structure. Le signal délivré par les moyens de mesure peut par exemple être filtré puis comparé à un signal de mesure de référence correspondant à un signal se propageant dans une structure de même nature et dont on connaît les caractéristiques, afin de déterminer la présence de défauts. Les moyens de percussion sont généralement constitués par un marteau actionnable manuellement par un utilisateur. De par sa nature ce marteau ne peut pas être employé dans des endroits d'accès difficile ou impossible pour un utilisateur. Le but de l'invention est de pallier cet inconvénient. Un autre but de l'invention est de proposer un générateur d'ondes de choc permettant de percuter une structure à plusieurs reprises, à un emplacement déterminé et avec une force sensiblement constante. Elle a donc pour objet un générateur d'ondes de choc destiné à engendrer une onde de choc dans une structure constituée d'au moins un matériau, en vue d'étudier les caractéristiques de ladite structure, caractérisé en ce qu'il comporte un support destiné à être positionné par rapport à ladite structure et, portés par ledit support, un percuteur destiné à percuter ladite structure et des moyens de manoeuvre dudit percuteur actionnables à distance. L'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - lesdits moyens de manoeuvre comportent une bobine solidaire du support et munie d'un noyau plongeur en matériau ferromagnétique portant ledit percuteur et axialement déplaçable dans ladite bobine, une source d'alimentation reliée à des moyens de stockage d'énergie, des moyens de commande de la charge des moyens de stockage d'énergie disposés entre la source d'alimentation et lesdits moyens de stockage d'énergie et un organe de commutation reliant sélectivement lesdits moyens de stockage d'énergie à la bobine pour provoquer leur décharge dans la bobine et commander ainsi la propulsion du percuteur contre la structure - le générateur d'ondes de choc comporte en outre des moyens de liaison élastiques interposés entre le percuteur et le support de manière à appliquer une force de rappel sur le percuteur, s'exerçant à l'encontre des moyens de manoeuvre - les moyens de stockage d'énergie comportent un condensateur dont la capacité est comprise entre 3000 et 30000 microfarads, de préférence 5000 microfarads - l'organe de commutation comporte un thyristor;; - le générateur d'ondes de choc comporte des moyens de pilotage des moyens de commande de la charge des moyens de stockage d'énergie et de l'organe de commutation reliés auxdits moyens de commande et à l'organe de commutation par une liaison sans fil - la face d'extrémité du percuteur destinée à frapper ladite paroi comporte un capteur de force adapté pour mesurer la force exercée par le percuteur sur la structure. L'invention a également pour objet un dispositif d'auscultation d'une structure comprenant des moyens de percussion destinés à percuter ladite structure, des moyens de mesure de l'onde de choc se propageant dans la structure sous l'effet des moyens de percussion et un système de traitement du signal délivré par les moyens de mesure adapté pour déterminer au moins une caractéristique physique de la structure, caractérisé en ce que lesdits moyens de percussion comportent un générateur d'ondes de choc tel que défini ci-dessus. De préférence, les moyens de mesure comportent au moins un capteur de mouvement destiné à être appliqué contre la paroi de la structure, lesdits capteurs de mouvement et de choc étant reliés chacun au système de traitement du signal. Avantageusement, le dispositif d'auscultation comporte un organe de filtrage des ondes parasites se propageant dans la structure. Dans ce dernier cas, l'organe de filtrage comporte un élément élastiquement déformable disposé entre le capteur de mouvement et ladite surface et adapté pour absorber lesdites ondes parasites. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple et sans caractère limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue de profil d'un dispositif d'auscultation selon l'invention, en position de repos, utilisé pour l'auscultation d'une conduite - la figure 2 représente le dispositif de la figure 1 au cours de la percussion de la conduite - la figure 3 représente une vue schématique en coupe et à plus grande échelle du générateur d'ondes de choc du dispositif d'auscultation de la figure 1 - la figure 4 montre un schéma électronique du dispositif d'auscultation de la figure 1 ; et - la figure 5 représente le dispositif de la figure 1 utilisé pour l'auscultation d'une paroi verticale. Sur les figures 1 et 2, on a représenté un dispositif d'auscultation d'une structure, désigné par la référence numérique 10, respectivement en position de repos et en position active. Il est destiné à ausculter une conduite 12, constituée d'un ensemble d'éléments en ciment, afin d'en déterminer les caractéristiques physiques intrinsèques et de détecter la présence de défauts dans le ou les matériaux constitutifs de la conduite, ainsi que dans les matériaux environnants. Ce dispositif est en particulier destiné à détecter des fissures, des défauts de compactage, ou à détecter des anomalies dans les joints d'étanchéité disposés entre les éléments en ciment. Le dispositif d'auscultation 10 comporte un générateur d'ondes de choc 14 destiné à percuter la paroi 16 de la conduite 12 et des moyens de mesure 18 de l'onde de choc engendrée par le générateur d'ondes de choc 14 et se propageant dans le matériau constitutif de la conduite 12. Le générateur d'ondes de choc 14 et les moyens de mesure 18 sont reliés à un boîtier de commande 20 assurant l'alimentation et la commande du générateur d'ondes de choc 14 et assurant la liaison du générateur d'ondes de choc 14 et des moyens de mesure 18 avec une unité centrale de traitement, non représentée et extérieure au conduit 12. Le générateur d'ondes de choc 14, les moyens de mesure 18 sont portés par un support 22 relié à des moyens de déplacement constitués par un chariot autotracté 24. Le support 22 est déplaçable selon une direction verticale de manière à appliquer les moyens de mesure 18 contre la paroi 16 du conduit 12 et à positionner précisément le générateur d'ondes de choc à faible distance de cette paroi. Le chariot 24 est un chariot de type connu reposant de part et d'autre de la partie la plus basse de la conduite 12. On voit sur la figure 3 que le générateur d'ondes de choc 14 comporte un percuteur 26 monté axialement déplaçable dans un boîtier tubulaire 28 fixé au support. Le percuteur 26 débouche à l'extérieur du boîtier 28 au niveau de la tranche d'extrémité 30 du boîtier 28. Le percuteur 26 est déplacé dans le boîtier tubulaire 28 par l'intermédiaire de moyens de manoeuvre. Ces moyens de manoeuvre sont constitués par une bobine 32 disposée dans la paroi de la zone d'extrémité du boîtier tubulaire 28 et munie d'un noyau plongeur en matériau ferromagnétique 34 situé dans le prolongement du percuteur 26 et axialement déplaçable dans le boîtier 28. Dans l'exemple de réalisation représenté, le percuteur 26 et le noyau plongeur 34 sont réalisés en une seule pièce de fer doux. On voit également sur la figure 3 que l'organe de percussion 14 comporte en outre des moyens de liaison élastiques de rappel reliant l'extrémité libre 36 du noyau plongeur 34, située à l'opposé de la tranche d'extrémité du boîtier 28, à un support annulaire 38, solidaire du boîtier 28. Ces moyens de liaison élastiques sont constitués par un ressort 40 appliquant une force de rappel sur le percuteur 26 s'exerçant à l'encontre des moyens de manoeuvre de manière à maintenir le percuteur dans le boîtier tubulaire 28. L'organe de percussion 14 est complété par un capteur de force 42 disposé au niveau de la face d'extrémité du percuteur 26 destinée à frapper la structure. En se référant à nouveau aux figures 1 et 2, les moyens de mesure 18 est placé à une distance déterminée du générateur de choc 14 et comporte un capteur de mouvement 44 destiné à être appliqué contre la paroi 16 du conduit 12 au moyen d'un ressort 46. Le capteur de mouvement 44 est constitué par un accéléromètre, de type connu, inséré dans un manchon de découplage mécanique en matériau élastiquement déformable, tel que du caoutchouc, destiné à absorber les ondes parasites susceptibles de se propager dans le support 22 sous l'effet de l'action du générateur d'ondes de choc. Le schéma électronique du dispositif d'auscultation va maintenant être décrit en référence à la figure 3. Ce circuit, situé dans le boîtier de commande 20, à l'exception de la bobine 32, comporte une source d'alimentation continue, par exemple une batterie 48 délivrant une tension sensiblement continue de 12 V et alimentant un convertisseur à courant continu-courant continu 50, adapté pour délivrer une tension d'alimentation stabilisée de 30 V aux bornes d'un condensateur 52, par l'intermédiaire d'une résistance de liaison 54. Le condensateur 52 est un condensateur dont la capacité est comprise entre 3000 et 30000 microfarads, de préférence 5000 microfarads et la résistance de liaison 54 est une résistance de 300 ohms. On voit également sur cette figure que la bobine 32 est montée en série sur un organe de commutation à semi-conducteur constitué par un thyristor 56, le thyris tor et la bobine étant branchés en parallèle sur le condensateur 52. En outre, une diode 58 et une résistance 60 de régulation relient la borne de commande du thyristor 56 à la borne de la bobine 32 reliée au condensateur 52. Le schéma est complété par des moyens de commande de la charge du condensateur 52 constitué par un interrupteur 62 reliant la source d'alimentation 48 au convertisseur 50. Un deuxième interrupteur 64, constitué par un bouton-poussoir, relie la borne d'entrée positive du convertisseur 50 à la borne de commande du thyristor 56 de manière à relier sélectivement le condensateur 52 et la bobine 32. Les interrupteurs 62 et 64 et les capteurs de force 42 et de mouvement 44 sont reliés respectivement à une unité de pilotage à distance 66 et à l'unité de traitement, extérieures au conduit 12, par une liaison sans fil à ondes infrarouges ou à ondes radio. Cependant, dans un autre mode de réalisation, la liaison entre le chariot 24 et les unités de traitement et de pilotage à distance est constituée par une liaison par fil. Le fonctionnement du dispositif d'auscultation qui vient d'être décrit est le suivant. Au cours d'une première phase, le premier interrupteur 62 est fermé et le deuxième interrupteur 64 est ouvert. Le convertisseur 50 délivre alors un courant continu au condensateur 52 pour le charger sous une différence de potentiel de 30 V pendant une durée de l'ordre de 30s. Lorsque l'utilisateur souhaite provoquer le déplacement du percuteur 26, il actionne le bouton poussoir 64, ce qui provoque la décharge du condensateur 52 dans la bobine 32. Le champ magnétique induit par cette bobine provoque l'expulsion du percuteur 26 qui frappe la paroi 16 du conduit 12 (figure 2). Il est à noter que le percuteur 26 est ramené dans sa position initiale, représentée sur la figure 1 au moyen du ressort 40. La force exercée par le percuteur 26 sur la paroi 16 est mesurée par le capteur de force 42 qui délivre un signal de mesure à l'unité de traitement. Cette force engendre une onde de choc dans le matériau constitutif du conduit 12 qui se propage dans celui-ci. Cette onde de choc est mesurée au moyen du capteur de déplacement 44 qui délivre un signal de mesure à l'unité de traitement. Les signaux délivrés par les capteurs de mouvement 44 et de force 42 sont ensuite traités de façon connue pour déterminer les caractéristiques mécaniques de la structure en vue par exemple de déterminer l'existence de défauts dans cette structure. Il est à noter que des signaux parasites engendrés par le percuteur 26 se propagent dans le support 22. Ces signaux parasites sont absorbés par le manchon en caoutchouc qui assure un découplage mécanique entre le capteur de mouvement 44 et le générateur d'ondes de choc 14. Lorsque le deuxième interrupteur 64 est à nouveau en position ouverte, le condensateur 52 se recharge de manière à permettre une autre percussion. Il est à noter que les percussions successives étant effectuées lorsque le condensateur est complètement chargé, la force exercée par le percuteur sur la structure est sensiblement constante. Le dispositif d'auscultation qui vient d'être décrit permet de percuter à distance, à un emplacement déterminé et avec une force précise une structure pour engendrer une onde de choc en vue d'en déterminer certaines caractéristiques. Il est donc particulièrement adapté à l'auscultation de structures d'accès difficile. Sur la figure 5, on a représenté un dispositif d'auscultation destiné au contrôle de structures planes verticales, telles que des parois d'édifice ou de bâtiment. Ce dispositif comporte un générateur d'ondes de choc 68 et des moyens de mesure 70 de l'onde de choc se propageant dans la paroi à ausculter, identiques au générateur d'ondes de choc et aux moyens de mesure du dispositif des figures 1 à 4. Le générateur d'ondes de choc 68 et les moyens de mesure 70 sont également portés par un support 72, reliés à un boîtier de commande 74 déplacés par un robot 76 muni de ventouses, telles que 78, adhérant à la paroi à ausculter. Le fonctionnement de ce dispositif est identique à celui du dispositif de la figure 1 et ne sera donc pas décrit. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits. C'est ainsi que le découplage mécanique entre l'organe de mesure et le capteur de force peut être assuré en disposant ces éléments sur deux supports distincts. C'est également ainsi que le dispositif d'auscultation qui vient d'être décrit comporte un organe de mesure de l'onde de choc engendrée par le générateur d'ondes de choc. On peut cependant également envisager de le doter de plusieurs organes de mesure régulièrement répartis sur la paroi de la structure à ausculter. REVENDICATIONS 1. Générateur d'ondes de choc destiné à engendrer une onde de choc dans une structure constituée d'au moins un matériau, en vue d'étudier les caractéristiques de ladite structure, caractérisé en ce qu'il comporte un support (22) destiné à être positionné par rapport à ladite structure et, portés par ledit support (22), un percuteur (26) destiné à percuter ladite structure et des moyens de manoeuvre (32,34) dudit percuteur (26) actionnables à distance. 2. Générateur d'ondes de choc selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de manoeuvre comportent une bobine (32) solidaire du support (22) et munie d'un noyau plongeur (34) en matériau ferromagnétique portant ledit percuteur (26) et axialement déplaçable dans ladite bobine (32), une source d'alimentation (48,50) reliée à des moyens de stockage d'énergie (52), des moyens de commande (62) de la charge des moyens de stockage d'énergie disposés entre la source d'alimentation (48,50) et lesdits moyens de stockage d'énergie (52) et un organe de commutation (58) reliant sélectivement lesdits moyens de stockage d'énergie (52) à la bobine (32) pour provoquer leur décharge dans la bobine (32) et commander ainsi la propulsion du percuteur (26) contre la structure (12). 3. Générateur d'ondes de choc selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de liaison élastiques (40) interposés entre le percuteur (26) et le support (22) de manière à appliquer une force de rappel sur le percuteur (26) s'exerçant à l'encontre des moyens de manoeuvre (32,34). 4. Générateur d'ondes de choc selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les moyens de stockage d'énergie comportent un condensateur (52) dont la capacité est comprise entre 3000 et 30000 microfarads, de préférence 5000 microfarads. 5. Générateur d'ondes de choc selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'organe de commutation comporte un thyristor (56). 6. Générateur d'ondes de choc selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de pilotage (66) des moyens de commande (62) de la charge des moyens de stockage d'énergie et de l'organe de commutation (56) reliés auxdits moyens de commande (62) et à l'organe de commutation (56) par une liaison sans fil. 7. Générateur d'ondes de choc selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la face d'extrémité du percuteur (26) destinée à frapper ladite paroi comporte un capteur de force (42) adapté pour mesurer la force exercée par le percuteur (26) sur la structure. 8. Dispositif d'auscultation d'une structure comprenant des moyens de percussion (14) destinés à percuter ladite structure, des moyens de mesure (18) de l'onde de choc se propageant dans la structure sous l'effet des moyens de percussion (14) et un système de traitement du signal délivré par les moyens de mesure (18) adapté pour déterminer au moins une caractéristique physique de la structure, caractérisé en ce que lesdits moyens de percussion (14) comportent un générateur d'ondes de choc selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Dispositif d'auscultation selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de mesure (46) comportent au moins un capteur de mouvement (44) destiné à être appliqué contre la paroi de la structure, lesdits capteurs de mouvement (44) et de choc (42) étant reliés chacun au système de traitement de signal. 10. Dispositif d'auscultation selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les moyens de percussion (14) et les moyens de mesure (18) sont portés par un même support (22). 11. Dispositif d'auscultation selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de filtrage des ondes parasites se propageant dans la structure. 12. Dispositif d'auscultation selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'organe de filtrage comporte un élément élastiquement déformable disposé entre le capteur de mouvement (44) et ladite surface et adapté pour absorber lesdites ondes parasites.