Brevet FR2780509A1 — publié le 19991231

La présente invention concerne un dispositif capable de créer des courants électriques induits dirigeables dans une cible conductrice électriquement afin d'y détecter des défauts de manière non destructive. Ce dispositif fait partie de la famille des capteurs à courants de Foucault. Traditionnellement, un capteur à courants de Foucault comporte un bobinage d'excitation et un ou plusieurs bobinages de mesure ou capteurs de champ magnétique (voir figure 1). Le bobinage d'excitation est parcouru par un courant alternatif de fréquence appropriée issu d'un générateur de signal et crée, par conséquent, un champ magnétique alternatif dit champ primaire qui pénètre dans la cible. Ainsi, des courants induits par ce champ magnétique, appelés "courants de Foucault", se développent dans cette cible. Ces courants induits créent à leur tour un champ magnétique secondaire. Lorsqu'un défaut se présente dans la cible, il modifie le trajet naturel des courants induits et par conséquent le champ secondaire sera modifié (voir figure 2). Grâce aux bobinages de mesure, on mesure ce champ secondaire et on en déduit l'emplacement du défaut et l'état de la cible. Toutefois, le capteur à courants de Foucault traditionnel à un bobinage d'excitation ne permet pas de bien détecter les défauts dont l'orientation est parallèle au trajet naturel des courants induits. Ceci est dû au fait que ces défauts ne modifient pas de façon significative ce trajet (voir figure 3). En effet, pour que la détection d'un défaut soit efficace, ce défaut doit couper le trajet naturel des courants induits. Or, on ne peut pas modifier ce trajet naturel avec un seul bobinage d'excitation. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à cet inconvénient. Il comporte en effet, selon une première caractéristique, deux bobinages d'excitation, lesquels sont composées de nappes de spires jointives et sont superposés l'un sur l'autre de sorte qu'il y ait au moins une surface commune non négligeable o les spires respectives à chaque bobinage sont perpendiculaires (voir figure 4). Ces deux bobinages permettront de créer des courants induits dont le trajet naturel est modifiable, comme l'expliquent les paragraphes suivants. Les deux bobinages d'excitation sont parcourus par deux courants alternatifs d'amplitudes différentes mais de fréquences et phases identiques. D'après les théories en électromagnétisme, ils créent donc des champs magnétiques dits élémentaires eux aussi perpendiculaires. Le champ magnétique primaire résultant de la composition de ces deux champs élémentaires aura une orientation déterminée par les amplitudes respectives des courants d'excitation. Egalement selon les théories en électromagnétisme, lorsqu'un bobinage porteur d'un courant se trouve à proximité de la cible, les courants induits sous la surface couverte par ses spires ont tendance à circuler parallèlement à celles-ci (voir figure 5). On observe également ce même phénomène avec le système de deux bobinages si un seul d'entre eux est parcouru par un courant. Puisque les spires des deux bobinages sont perpendiculaires, lorsqu'on coupe le courant dans l'un des deux bobinages et que l'on fait passer un courant identique dans l'autre bobinage, l'orientation des courants induits dans la cible change de + 90 ou -90 , selon le sens de passage du courant dans le bobinage d'excitation. La relation entre l'amplitude d'un courant circulant dans un bobinage d'excitation et celles des courants induits dans la cible peut être déterminée par les théories en électromagnétisme. Lorsque tous ces deux bobinages sont parcourus en même temps par deux courants électriques d'amplitudes différentes mais de fréquences et phases identiques, ils créent simultanément des courants induits dans les deux orientations 0 et +/-90 . Ces derniers composent des courants induits résultants dont l'orientation et l'amplitude sont variables en fonction des amplitudes des courants dans les bobinages d'excitation. Afin que les courants induits conservent leurs amplitudes pour toutes les orientations possibles, les courants des deux bobinages d'excitation doivent respecter les relations suivantes: Il = 10 sin (I)) 12 =,0 x cos()) x k avec 10: amplitude maximale, <>: angle d'orientation des courants induits, k: constante corrective introduite pour tenir compte du fait que les distances entre chacune des bobines et la cible ne sont pas identiques. Cette constante est à déterminer au cas par cas selon les configurations particulières. La figure 6 illustre ces relations. Par conséquent, lorsqu'on modifie les amplitudes des courants circulant dans les bobinages d'excitation, on peut créer des nappes de courants induits de n'importe quelle orientation et attaquer les éventuels défauts sous n'importe quel angle (voir figure 7). A titre d'exemple non limitatif, ceci est réalisé à l'aide d'amplificateurs de gains variables. (voir figure 8). Pour obtenir un fonctionnement efficace et pour réduire l'encombrement du dispositif selon l'invention, l'épaisseur des bobinages d'excitation doit être très faible par rapport à la longueur et à la largeur de leur surface commune. Ce rapport doit être inférieur ou égal à 1/10. Selon des modes particuliers de réalisation: * Les deux bobinages d'excitation peuvent être réalisés sur un noyau servant de support de matière non magnétique (perméabilité magnétique relative pr =1) ou magnétique (perméabilité magnétique relative pr >1) et de très faible conductivité électrique de préférence. L'utilisation d'un matériau magnétique comme noyau favorisera le couplage électromagnétique entre le capteur et la cible car le noyau constitue un circuit magnétique et diminue donc la réluctance à l'intérieur du capteur. On pourrait ainsi utiliser un noyau en ferrite ou en fer silicium feuilleté. * Le noyau peut avoir la forme d'un parallélépipède rectangle (voir figure 9) ou d'un tube (voir figure 10). Dans le premier cas, le capteur sera destiné aux cibles planes, alors que dans le deuxième cas, il sera destiné aux cibles tubulaires. Ce noyau pourrait également avoir une forme particulière pour épouser la surface d'une cible quelconque (voir figure 11). * Un ou plusieurs bobinages ou capteurs de champs magnétiques seront fixés sur la surface des bobinages d'excitation afin de recueillir le champ magnétique secondaire. On peut même disposer ces bobinages de mesure ou capteurs de champs sous forme d'une matrice pour avoir une cartographie du champ secondaire (voir figure 12). Pour ne pas éloigner les bobinages d'excitation de la cible inutilement, ces bobinages de mesure ou capteurs de champ doivent être de très faible épaisseur. Cette épaisseur doit être inférieure à un dixième de la largeur ou de la longueur de la surface utile pour la détection de défaut. Les dessins annexés illustrent l'invention: * Les figures de 1 à 3 expliquent le principe de fonctionnement d'un capteur à courants de Foucault traditionnel. * Les figures de 4 à 12 expliquent le principe de fonctionnement du dispositif de l'invention. * Les figures 13 et 14 illustrent deux modes de réalisation possibles du dispositif de l'invention. En référence aux figures 4, 13 et 14, le dispositif comporte un noyau servant de support (1). Ce noyau est un parallélépipède rectangle dans la forme de réalisation selon la figure 13 et un tube dans la forme de réalisation selon la figure 14. Sur ce noyau (1), deux bobinages (2) et (3) sont réalisés de telle sorte qu'ils possèdent une surface commune la plus large possible et que leurs spires respectives soient perpendiculaires sur cette surface. Les figures 13 et 14 donnent deux exemples non limitatifs de réalisation. Selon la figure 13, le premier bobinage (2) est réalisé sur les faces A1, A2, A3, A4 du noyau alors que le deuxième bobinage (3) est réalisé sur les faces A5, A2, A6, A4 du noyau. Les surfaces communes utilisables correspondent aux faces A2 et A4. Le dispositif final est désigné par le numéro (5). Selon la figure 14, le premier bobinage (2) est réalisé de façon radiale pour que ses spires soient parallèles aux génératrices du tube à l'extérieur de celui-ci, alors que le deuxième bobinage (3) est réalisé de manière circulaire sur le tube pour que ses spires soient perpendiculaires aux génératrices du tube à l'extérieur de celui-ci. La surface commune utile correspond à la surface extérieure du tube. Le dispositif final est désigné par le numéro (5). Quoi qu'il en soit, la matrice des bobinages de mesure ou de capteurs de champ magnétique (4) est placée entre la surface commune utile et la cible afin de collecter les informations sur le champ secondaire. Par souci de clarté, cette matrice n'est pas dessinée sur le dispositif final (5) de la figure 14. Les bobinages (2) et (3) sont alimentés par deux sources de signal lesquels doivent être capables d'imposer les amplitudes voulues des courants 1I et 12 dans ces bobinages. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné au contrôle destructif des structures réalisées en matériaux conducteurs électriquement comme les métaux ou les composites carbones. REVENDICATION Dispositif destiné à effectuer le contrôle non destructif sur des objets conducteurs électriquement par la méthode des courants de Foucault caractérisé en ce qu'il comporte un noyau (1), deux bobinages d'excitation (2) et (3), et des bobinages de mesure ou des capteurs de champ magnétique (4). 1) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les bobinages d'excitation (2) et (3) sont composées de nappes de spires jointives et sont superposés l'un sur l'autre et que les spires de ces bobinages sont perpendiculaires sur une surface commune utile pour la détection de défauts. 2) Dispositif selon la revendication 1 et 2 caractérisé en ce que le rapport entre l'épaisseur des bobinages d'excitation et la largeur ou la longueur de la surface commune utile est inférieur ou égal à 0,1. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le noyau (1) est un parallélépipède rectangle pour les cibles planes. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le noyau (1) est un tube pour les cibles tubulaires. ) Dispositif selon les revendications 1 et 4 caractérisé en ce que le noyau (1) a une forme qui épouse la surface de la cible à contrôler. 6) Dispositif selon les revendications 1, 3, 4 et 5 caractérisé en ce que le noyau (1) est en matériau magnétique (de perméabilité magnétique relative supérieure à 1) et très peu conducteur électriquement. 7) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les bobinages de mesure ou les capteurs de champ magnétique (4) sont fixés sur la surface utile, entre le capteur et la cible, sous forme d'une matrice.25 8) Dispositif selon la revendication 1 et 7 caractérisé en ce que le rapport entre l'épaisseur des bobinages de mesure ou des capteurs de champ magnétique (4) et la largeur ou la longueur de la surface commune utile est inférieur ou égal à 0,1.