(57)【要約】【課題】本発明の目的は、音響波に基づいた非破壊検査装置、及び、従来技術の欠点を克服するような関連する製造方法を提供することである。【解決手段】第１構造層（２）と；前記第１構造層に結合された第２構造層（１０）と；気体を含む、前記第１構造層と第２構造層との間に密封されたチャンバ（１４）と；グラフェン系材料の、前記チャンバに収容される、活性領域（６）と、を含む、非破壊検査装置（３０）。第１動作条件において、ＡＣ電流が、前記活性領域へ供給され、且つ、前記チャンバから離れて伝搬する第１音響波を熱音響効果によって生成する。第２動作条件において、前記第１音響波の反射によって生成された第２音響波は、前記チャンバ（１４）で受信され、且つ、前記活性領域において電気信号を、熱電効果によって、生成する前記チャンバに含まれる前記気体の圧力における変化及びその結果温度における変化を引き起こす。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材料（２０）のボディにおける傷を検出するための非破壊検査装置（３０）であって、
−互いに対向する第１表面（２ａ）及び第２表面（２ｂ）を有する第１構造層（２）と；
−前記第１構造層（２）の前記第１表面（２ａ）に機械的に結合された第２構造層（１０）と；
−気体を含み、前記第１構造層と前記第２構造層との間で伸びる、密閉チャンバ（１４）と；
−前記チャンバ（１４）に収容され、第１及び第２伝導端子（７、４ａ、４ｂ）を有し、且つ、以下の材料：部分的に還元された酸化グラフェン、還元された酸化グラフェン、グラフェンの内の１つで作製されている、活性領域（６）と；を含み、
前記第１及び第２伝導端子（７、４ａ、４ｂ）は、前記チャンバ（１４）から離れて伝搬する第１音響波（ＷＥ）の、前記活性領域（６）によって、熱音響生成を引き起こすために、ＡＣ電流によって、第１動作条件において、分極されることができ；
前記チャンバ（１４）は、前記第１音響波の反射によって生成される第２音響波を、第２動作条件において、受信するように構成され、
前記活性領域（６）は、前記活性領域（６）の前記第１伝導端子と前記第２伝導端子との間で電気信号を、前記第２動作条件において且つ熱電効果によって、生成するように構成された、非破壊検査装置。
【請求項２】
前記第２構造層（１０）は、複合材料（２０）で作製された前記ボディに機械的に結合され、
前記チャンバ（１４）及び前記活性領域（６）は、前記第１動作条件において、前記第１音響波が複合材料（２０）の前記ボディに向かって伝搬するように相互に配置され、
前記第２動作条件において、複合材料（２０）の前記ボディにおける欠陥の存在下で前記第１音響波の反射によって生成された前記第２音響波が、前記チャンバ（１４）によって受信され、
前記チャンバ（１４）及び前記活性領域（６）は、前記チャンバ（１４）に含まれる前記気体において、圧力変化及び結果として生じる温度変化が、熱電効果に起因して、前記欠陥の存在を示す前記電気信号（ｉＲ）を生成するように相互に配置された、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１構造層（２）及び前記第２構造層（１０）の両方が、複合材料（２０）で作製されたボディと同じ複合材料で作製される、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記複合材料が、樹脂マトリクスにおける炭素繊維を含む、請求項２又は３に記載の装置。
【請求項５】
前記活性領域（６）が、１０−１と１０−２Ｊｍ−２Ｋ−１との間の範囲である単位面積当たりの熱容量、ＨＣＰＵＡ、を有する、請求項１から４の何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記チャンバ（１４）に存在する前記気体が、空気又は希ガスである、請求項１から５の何れか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記第１及び前記第２伝導端子（７、４ａ、４ｂ）が、部分的に還元された酸化グラフェンで作製される、請求項１から６の何れか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記活性領域（６）並びに前記第１及び前記第２伝導端子（７、４ａ、４ｂ）が、部分的に還元された酸化グラフェンの同じ層において、途切れることなく伸び、前記活性領域（６）の電気抵抗値が、前記第１及び前記第２伝導端子（７、４ａ、４ｂ）の前記電気抵抗値よりも小さい、請求項１から７の何れか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記チャンバ（１４）が、１ｃｍ２から１００ｃｍ２の範囲のベース面及び０．１ｍｍから１０ｍｍの範囲の高さを有する容積を画定する、請求項１から８の何れか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記チャンバ（１４）は、前記第１層（２）及び第２層（１０）のそれぞれの表面によって内部で区切られ、前記活性領域（６）が、前記第２層（１０）のそれぞれの表面からある距離で前記第１層（２）の前記表面（２ａ）の上を伸びる、請求項１から９の何れか一項に記載の装置。
【請求項１１】
請求項１から１０の何れか一項に記載される装置であって、
−前記第１音響波（ＷＥ）を、熱音響効果によって、生成するために、前記活性領域（６）の前記第１伝導端子と第２伝導端子との間でＡＣ電流を、前記第１動作条件において、生成するように作動する、前記活性領域（６）の前記第１伝導端子及び第２伝導端子に結合された電圧発生器（８）と；
前記活性領域（６）の前記第１伝導端子と第２伝導端子との間で電気信号（ｉＲ）を、前記第１動作条件に一時的に従って、前記第２動作条件において、検出するように、且つ、前記電気信号（ｉＲ）を示す信号を出力において生成するように構成された、前記活性領域（６）の前記第１伝導端子及び第２伝導端子に結合された電流検出器（９）と、を含む、装置。
【請求項１２】
請求項１から１１の何れか一項に記載の非破壊検査装置（３０）を統合する、複合材料のボディ（２０）が設けられる航空電子工学構造であって、前記非破壊検査装置（３０）の前記第２構造層（１０）が、複合材料（２０）の前記ボディに機械的に結合された、航空電子工学構造。
【請求項１３】
前記第２構造層（１０）及び前記ボディ（２０）が、途切れることなく又は不連続の領域無しで、一方から他方へ伸びる、請求項１２に記載の航空電子工学構造。
【請求項１４】
翼構造、胴体、フィン、舵を含む群から選択される、請求項１２又は１３に記載の構造体。
【請求項１５】
請求項１２から１４の何れか一項に記載の構造体を含む輸送の手段。
【請求項１６】
航空機、ヘリコプター、無人航空機又はＵＡＶ、地上車、海軍艦艇を含む群から選択される、請求項１５に記載の輸送の手段。
【請求項１７】
複合材料（２０）のボディにおける傷を検出するための非破壊検査装置（３０）を製造する方法であって、
−互いに対向する第１表面（２ａ）及び第２表面（２ｂ）を有する第１構造層（２）を配するステップと、
−前記第１構造層（２）の前記第１表面（２ａ）の上に活性領域（６）を形成するステップであって、前記活性領域（６）が、第１及び第２伝導端子（７、４ａ、４ｂ）を有し、且つ、以下の材料：部分的に還元された酸化グラフェン、還元された酸化グラフェン、グラフェンの内の１つで作製されている、ステップと；
−前記活性領域（６）の領域において前記第１構造層と第２構造層との間に、気体を含む密閉チャンバ（１４）を形成するために、前記第１層（２）の前記第１表面（２ａ）へ第２構造層（１０）を機械的に結合するステップと、を含む、方法。
【請求項１８】
検査されることになる複合材料（２０）で作製された前記ボディへ前記第２構造層（１０）を機械的に結合するステップをさらに含む、請求項１７に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記第１構造層（２）及び前記第２構造層（１０）の両方が、複合材料（２０）の前記ボディと同じ複合材料で作製された、請求項１８に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記複合材料が、樹脂マトリクスにおける炭素繊維を含む、請求項１９に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記活性領域（６）が、１０−１から１０−２Ｊｍ−２Ｋ−１までの範囲である単位面積当たりの熱容量、ＨＣＰＵＡ、を有する、請求項１７から２０の何れか一項に記載の製造方法。
【請求項２２】
前記チャンバ（１４）に存在する前記気体が、空気又は希ガスである、請求項１７から２１の何れか一項に記載の製造方法。
【請求項２３】
前記チャンバ（１４）を形成するステップが、前記第１構造層と前記第２構造層との間に蒸発層を局所的に形成するステップと、
前記蒸発層の蒸発を引き起こして、前記チャンバ（１４）を画定する気体の埋め込み領域を形成する熱処理を実行するステップと、を含む、請求項１７から２２の何れか一項に記載の製造方法。
【請求項２４】
前記チャンバ（１４）を形成するステップが、前記第１層（２）の前記第１表面（２ａ）に前記第２構造層（１０）を結合するステップの前に、前記第２構造層（１０）の選択領域にくぼみを形成するステップを含む、請求項１７から２３の何れか一項に記載の製造方法。
【請求項２５】
前記活性領域（６）を形成するステップが：酸化グラフェンの層を還元するための第１操作を実行するステップであって、前記活性領域（６）並びに前記第１及び前記第２伝導端子（７、４ａ、４ｂ）の形成が所望される酸化グラフェンの層の選択領域において、部分的に還元された酸化グラフェンを形成する、ステップと；前記活性領域（６）の電気抵抗値が前記第１及び第２伝導端子（７、４ａ、４ｂ）の電気抵抗値よりも低いように、排他的に前記活性領域（６）の形成が所望される酸化グラフェンの層の前記選択領域において第２還元操作を実行するステップと、を含む、請求項１７から２４の何れか一項に記載の製造方法。
【請求項２６】
請求項１から１０の何れか一項に記載の非破壊検査装置（３０）によって、前記非破壊検査装置（３０）から離れて伝搬する第１音響波を、第１動作条件において、熱音響効果によって生成するステップと；
請求項１から１０の何れか一項に記載の非破壊検査装置（３０）によって、前記第１音響波の反射によって生成される第２音響波を、第２動作条件において、受信するステップと；
請求項１から１０の何れか一項に記載の非破壊検査装置（３０）によって、前記第２音響波を示す電気信号を、熱電効果によって、生成するステップと、を含む、非破壊検査方法。
【請求項２７】
前記第１音響波を生成するステップが、前記非破壊検査装置の前記活性領域（６）の前記第１伝導端子と前記第２伝導端子との間にＡＣ電流を供給するステップを含み、
前記第２音響波を示す電気信号を生成するステップが、前記非破壊検査装置（３０）の前記チャンバ（１４）に含まれる前記気体の圧力変化及び結果として生じる温度変化を引き起こすステップを含む、請求項２６に記載の操作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
本出願は、２０１７年５月９日付けで出願されたイタリア特許出願番号第１０２０１７００００５０１７４からの優先権を主張し、その開示は参照によって組み込まれる。
【０００２】
本発明は、非破壊の、グラフェンに基づいた検査装置に関し、且つ、関連する製造方法に関する。特に、非破壊検査装置は、グラフェンを含む統合装置によって生成される熱音響放出に基づく。さらにより具体的には、熱音響放出装置は、分析されることになる構造体又は基板内に組み込まれる。
【０００３】
非破壊試験「ＮＤＴ−又は「非破壊検査」ＮＤＩ）は、分析される構造体における層間剥離、含有物、多孔性及び汚染物等の構造的欠陥を検出することに関して、従来技術において知られている。従って、非破壊試験の目的は、設計要件に関して、上記構造体において欠陥又は任意の他の変化を生成することなく構造体の品質を検査する、適確とする及び／又は評価することである。ＮＤＴ法は、簡単な目視検査から、超音波検査等の、より複雑な技術までの範囲であり、様々な工業分野（航空宇宙、海軍、自動車、エネルギー及び医療分野）において用いられる。
【０００４】
ＮＤＴ超音波法は、航空システムの従属部品及び航空システム全体の両方に関して、高品質且つ信頼性の高い制御を保証する。実際に、金属、非金属、磁性又は非磁性材料、複合材料等の多くの材料において小さなサイズの欠陥を検出することが可能である。
【０００５】
超音波検査において、（可聴値をよく超えた）高周波数振動弾性波は、内部欠陥を強調する、それらの厚さを測定する、又は、それらの機械的特性を評価するために、調査されることになる物体内に導入される。波は、プローブ（一般的に圧電物質又は圧電セラミック）によって通常は製造されるが、それらはまた、この点では、弾性波自身を生成する、他のメカニズムによって、例えば、調査されることになる表面のレーザー励起によって、生成され得る。特に、カーボレジンの分析に関して、典型的には縦波が、０．５と２５ＭＨｚとの間の周波数によって用いられる（しかしながら、特定の用途に関しては、２００ＭＨｚが超過され得る）。（特定の幾何学的形状も決定する）時間及び空間における伝搬法則によって特徴づけられた、生成された超音波ビームは、（実質的に邪魔されないでビームを離れる、水又はゲル等の）適切な結合媒体を用いて、調べられることになる構造体へ送られて、媒体において伝わったものと比較して反射された成分を最小化する。一般的に、構造体の超音波検査は、メッシュを実質的に記述する（平坦な構造体に関して２軸を有する）走査システムの助けによって実施され、メッシュが密なほど、各方向における走査ステップが小さくなる：検査イベントは、メッシュの各ノードにおいて実施される。
【０００６】
最も一般的に用いられるタイプの繊維及び樹脂に関して材料のコストを減少させることによって、複合材料（特に、エポキシ樹脂によって含浸された炭素繊維を含む、カーボレジンにおけるもの）は、特に航空宇宙分野において、輸送の手段の一部の建造のために幅広い規模で用いられる。この文脈において、それらの使用は、燃料消費を減少させ、有料荷重を増加するために、航空機の重量を減少させるための必要性に根本的にリンクされ；これは、航空機自身の機械的特性に影響を与える、又は実際に改善することはない。他の有利な特徴は、優れた断熱、腐食現象の排除及びメンテナンスプログラムの（結果的なコストの削減を備える）単純化に関連する。
【０００７】
カーボレジン構造体は、積層され得る（予め含浸された材料の重ねられた層）、又は、「サンドイッチ」タイプ（つまり、カーボレジン、ケブラー、ガラス繊維、及び／又はハニカム構造体金属スキンにおいて２つの積層体の間に介在した低重量材料であり得る。それらは、プロジェクトの必要条件からの任意の逸脱として理解される製造上の欠陥を与え得る。これらの欠陥は、明らかにされて排除されない場合、それらを含む構造体の動作寿命中に進化し得、それらの性能を危うくし得る。いくつかの欠陥は、修復することができず、その場合、製造された構造体は、拒否されなくてはならない。
【０００８】
しかしながら、いくつかの欠陥は、表面的である、又は視覚的な検査によって検出可能である。しかしながら、他は、構造体の内部であるので、それらの検出及び測定は、より複雑な機器の非破壊的方法、通常は超音波を必要とする。積層構造体における最も一般的な内部欠陥は、層間剥離、含有物、多孔性、空隙、及び、内部しわとして一般的に示される予め含浸された層の変形である。このような欠陥は、構造体の動作寿命の間の偶発的な損傷によって引き起こされる欠陥（例えば、衝撃によって生成される層間剥離）に関して、品質制御段階の間に、又は、使用中であっても、適用される従来の超音波技術によって通常は容易に検出可能である。
【０００９】
既知の超音波検査技術は、多孔性、層間剥離等の欠陥の内の大部分を検出することが可能であるが、いくつかのタイプの欠陥の正確な描写を提供できない、又はそれらを検出することさえできない。これは、不規則な形状の、非常に薄い又は不均一な材料に関して検査が実行される場合に特に生じる。さらに、超音波検査技術は、検査装置を適切に校正し且つ収集されたデータを正しく解釈するために、高度に適確とされることになる検査を実施するためのオペレーターを必要とする。
【００１０】
従来技術のさらなる制限は、検査されることになる部品の形状に適合されなければならない機器のカスタマイズに起因して、サービス及びメンテナンスチェックに特に関して、表面とプローブとの間の結合を複雑にさせ得る幾何学的制約；ソース／表面結合問題（伝送波の表面反射を低減するための水の使用）；及び、（実験室においてのみ利用可能である）試験器具の複雑さ及び寸法に関する。さらに、非破壊試験に関する従来技術の装置は、いかなる統合の可能性無しで、分析されることになる構造体の外側で用いられ得ることに留意すべきである。このような装置は、特定の速さで且つ所与の方向において、検査下で材料の表面の上方へプローブをスライドさせるためのオペレーターを必要とし、且つ、試験が実験環境において実施されることを必要とし（それらは製造プロセスの間に任意のときに実施されないことがある）、検査されることになる表面の広大さに依存する実行時間を伴う。これらの理由に関して、器具の、並びに、材料の製造及びライフサイクルの間の両方で実行されることになる検査に関する設計は、高いコストを必然的に伴う。
【００１１】
特許文献ＤＥ１０２０１４１０１２８７は、ＮＤＴ用途に関して利用可能な、短期間、高音圧超音波パルスを生成するための装置及び電気熱音響変換器に関する。しかしながら、この文献は、還元された酸化グラフェンの使用に言及しておらず、非破壊試験の分野におけるその使用を記載しておらず、且つ、還元された酸化グラフェンに基づいた非破壊試験装置の製造方法を示していない。単に言及された、グラフェンの使用は、詳細に議論されず、非破壊検査に関するプローブへのその統合に関して詳細な情報は提供されない。
【００１２】
Lin Xiao等の文献“Flexible, Stretchable, Transparent Carbon Nanotube Thin Film Loudspeakers”, Nano Letters, 2008, Vol. 8, No. 12は、可聴周波数で電流によって供給されるカーボンナノチューブの薄膜による可聴音の放出を示す。この文献は、非破壊試験に関するものではなく、非破壊試験の文脈においてグラフェン又は還元された若しくは部分的に還元された酸化グラフェンの使用に関するものでもない。
【００１３】
特許文献ＫＲ１０１６９９７９６は、３Ｄグラフェンを用いる２次元熱音響拡声器及びその製造方法、並びに、特に、改善された音圧レベルを備える３次元グラフェンを用いる２次元熱音響拡散器に関する。２次元熱音響拡声器は：酸化グラフェンを還元することによって生成される３次元グラフェンで形成された音響波を生成する部分；音響波を生成する部分の一側面上に取り付けられた第１電極；及び、音響波を生成する部分の他の側面に接続された第２電極を含む。この文献は、非破壊試験に関するものではなく、非破壊試験の文脈においてグラフェン又は還元された若しくは部分的に還元された酸化グラフェンの使用に関するものでもない。
【００１４】
Seth S. Kessler等の文献“Packaging of Structural Heralth Monitoring Components”, Smart Structures and Materials 2004: Sensors and Smart Structures Technologies for Civil, Mechanical and Aerospace Systems, Shih-Chi Liu Editor, Proc. Of SPIE, Vol. 5391は、ＳＨＭ装置に関する圧電セラミックアクチュエータ及びセンサーの設計及び試験フェーズを示す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
一般的に、従来技術の上述した文献のいくつかのみが、カーボンナノチューブ又はカーボンナノリボンの挙動上の示唆を提供し、且つ任意の場合で常に及び微視的なレベルでのみであり、得られる結果の拡張性上の示唆を提供しない。実際に、幾何学的寸法、プロセスの時間（還元、酸化等）、及び、物理量の値の範囲は、十分に議論されない。特に、これらの文献は、すでに言及されたように、複合材料で作製された構造体の非破壊分析に関する欠陥を検出するための装置の製造を可能にしない。
【００１６】
本発明の目的は、音響波に基づいた非破壊検査装置、及び、従来技術の欠点を克服するような関連する製造方法を提供することである。さらに、本発明による発明は、低コストで高パフォーマンスを備える自動試験を実施することを可能にさせる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によると、音響波に基づいた非破壊検査装置及び関連のある製造方法が、添付の特許請求の範囲において画定されるように、実現される。
【００１８】
本発明のより良い理解のために、好ましい実施形態が、添付の図面を参照して、純粋に非限定的な例によって、以下に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一態様による非破壊検査装置の一部を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、送信された音響波を放出するという動作フェーズの間に電圧発生器に結合された、本発明による検査装置を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、反射された音響波を受信するという動作フェーズの間に変換器に結合された、本発明による検査装置を示す。
【図３】図３Ａ〜３Ｄは、図２Ａの検査装置によって送信され且つ受信された信号を、共通の時間スケールを用いて、示す。特に、図３Ａは、送信された信号の代表的なものである。図３Ｂは、検出された欠陥がない場合に受信された信号の代表的なものである。図３Ｃは、検出された欠陥が存在する場合に受信された信号の代表的なものである。
【図４】図４は、本発明による複数の検査装置を含むシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明によると、非破壊検査装置（参照番号３０を備える図２Ａにおいてその全体が示される）が提供され、その動作原理は、熱音響効果に基づく。
【００２１】
一般的に、熱音響は、音の存在下でエネルギーの交換を調査し、音響及び熱力学原理に基づく。音響波は、力学的エネルギー（圧力勾配）を運び、且つ、（伝搬媒体、例えば空気などの気体の振動運動によって引き起こされる）運動成分及び（伝搬媒体の局所的な濃縮によって引き起こされる）ポテンシャル成分を含む。断熱系条件において所与の関数（例えば、正弦波の法則）に従う温度勾配Ｔを含む既知の方程式ＰＶ＝ｎＲＴ（Ｐは圧力、Ｖは体積、ｎは物質の量、Ｒは気体のタイプの特性定数、及びＴは温度）が有効である気体を考えると、これは、対応する音響波を生成するであろう圧力変化Ｐを引き起こす。その効果は、音響波から始まり、温度勾配が所与の関数（例えば、正弦波の法則）に従って気体において引き起こされ得ることにおいて二重である。
【００２２】
空気（又は希ガス）は、濃縮の間に熱くなり、希薄化の間に冷える。第１の場合では、我々は、熱いボディと冷たいボディとの間の熱の流れを、音波の形における力学的エネルギーに変換する「熱音響機関」システムについて話す。第２の場合では、我々は、音波の力学的エネルギーを変換して、冷たいボディから温かいボディへの熱の流れを得る「冷却」システムのことを話す。
【００２３】
熱音響技術は多数の優位点を有し、特に、それは、可動部を必要とせず（従って、摩耗及び摩擦の問題がない）、それは信頼性があり、それは、低コスト材料及び製造技術を生かし、且つ、電気励起信号の振動の振幅に作用することによって放出される音響出力を調節することが可能であるという意味でモジュール式である。
【００２４】
本発明による非破壊検査装置３０は、輸送の手段の構造成分、特に、複合材料で作製される航空機の部品に統合され得る。一実施形態では、非破壊検査装置３０は、ジュール効果によって使用中に熱を生成するために分極され得る、気体（例えば、空気）を含むチャンバに面する、変換器素子を含む。熱音響効果によって、前述したように、変換器素子の温度変化は、変換器素子が向かって面するチャンバにおける圧力の変化、及びその結果、音響波の生成を引き起こす。
【００２５】
一実施形態では、変換器素子は、グラフェン（理想的には、純粋なグラフェン）の、又は部分的に還元された酸化グラフェン（ｐｒＧＯ）の伝導層を含む。伝導層は、理想的には純粋なグラフェン単層のものに近い極めて低い値の、選択されたＨＣＰＵＡ（「単位面積当たりの熱容量」）の値を有する。グラフェン単層のＨＣＰＵＡの値Ｃｓ（Ｃｓ＝ｄρＣｐ、ここでｄは厚さであり、ρは密度であり、且つＣｐは比熱（ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）である）は、約５．８・１０−４Ｊｍ−２Ｋ−１（ｄ＝０．３３５ｎｍ、ρ≒２２００ｋｇｍ−３Ｃｐ≒７９０ｋＪｋｇ−１Ｋ−１）である。熱音響変換器によって生成される出力は、入ってくる電力に依存し、且つ、用いられる材料のＨＣＰＵＡ値に反比例する。（約２Ｊｍ−２Ｋ−１に等しいＨＣＰＵＡを有する）白金と比較すると、グラフェンは、４桁小さいＨＣＰＵＡ値を有するので、本発明による装置の高い利得を保証する。
【００２６】
本発明の目的に関して、変換器素子の、還元された酸化グラフェン伝導層は、１０−１と１０−２Ｊｍ−２Ｋ−１との間の値の範囲内に入るＨＣＰＵＡ値を有するように設計される。
【００２７】
「ｒＧＯ」としても知られる「還元された酸化グラフェン」との用語は、その高いインピーダンスを与える、ヒドロキシル（−ＯＨ）、カルボキシル（−ＣＯＯＨ）及びカルボニル（ＣＯ）等の官能基の除去を実施することを目的とした還元プロセスを受けた（それ自身が絶縁体であり、少なくとも１０１２Ωｍの抵抗率を有する）酸化グラフェンの層を意味する。酸化グラフェンの還元、又は構造体からの酸素原子の除去は、還元剤（ヒドラジン、ジメチルヒドラジン、ハイドロキノン、ＮａＢＨ４）、熱的方法、及び、ＴｉＯ２の存在下でのＵＶ線による処理を用いることによって実行され得る。純粋なグラフェン（Ｇ）及び酸化グラフェン（ＧＯ）は、補完的な物理的及び電気的特性を有し、前者は、優れた導電体である（抵抗率ρ≒１０−８Ωｍ）一方で、第２のものは、完全な絶縁体である（抵抗率ρ≧１０１２Ωｍ）。
【００２８】
酸化グラフェンの還元プロセスは、制御された中間特性を得るために、酸素の濃度を変化することによって調節され得る特性によってハイブリッド材料（還元された酸化グラフェン）を得ることを可能にさせる。つまり、その抵抗率が調整され得る。したがって、還元された酸化グラフェン層は、還元プロセスの持続時間の関数として制御される抵抗率を有し得、金属導電性材料の抵抗率値に達する、又はさらに低い。
【００２９】
結果として、本記載によると、「ｐｒＧＯ」としても知られる「部分的に還元された酸化グラフェン」との用語は、還元プロセスの後で、１０１２Ωｍより低く１０−８Ωｍより大きい、例えば、１０−７Ωｍと１０−２Ωｍとの間の、抵抗率を有する酸化グラフェンの層を意味する。
【００３０】
図１は、三軸系Ｘ、Ｙ、Ｚにおいて及び参照符号１によって、構成要素の一部、又は、航空機の構造成分（以後、「構造体」との用語によっても識別される）、例えば、（その全体が示されていない）航空機の翼又は胴体部分を示す。構造部分１は、特に層状複合材料の、さらにより具体的には炭素繊維を所定の場所に維持し且つ（予め含浸された）複合物品に形状を与える樹脂マトリクスを有する炭素繊維の、複合材料の第１構造層２を含む。
【００３１】
第１構造層２は、軸Ｚに沿って互いに対向する第１表面２ａ及び第２表面２ｂを有する。第１表面２ａの上で、又は第１表面２ａに少なくとも部分的に統合されて、変換器素子４は伸びて、純粋なグラフェン単層の理想値へ向かう傾向があるＨＣＰＵＡ値を有する還元された酸化グラフェンの活性層領域６（実際には、現在利用可能な技術によって、１０−１と１０−２Ｊｍ−２Ｋ−１との間のＨＣＰＵＡの値）、及び、活性層領域６に電気的に結合された、還元された酸化グラフェンの電気的接触領域７を含む。電気的接触領域７の抵抗率値は、例えば、銅抵抗率値のオーダーにおいて、選択される。
【００３２】
活性層領域６の抵抗率値は、電気的接触領域７のものよりも低く、且つ、電気的接触領域７の形成に関して予見されるよりも長い時間の間酸化グラフェンの還元プロセスを実行することによって得られる。
【００３３】
電気的接触領域７を通して活性層領域６へ電流ｉを供給することによって生成された熱は、活性層領域６と接触して気体を暖めて、気体における温度勾配、及び、熱音響効果によって、第１表面２ａに対して垂直な方向において（つまり、Ｚ方向において）伝搬する音波を生成する。
【００３４】
変換器素子４は、変換器素子４を通して電流ｉの流れを使用中に引き起こすために、電気的接触領域７間に電位差ΔＶを生成するように構成された電圧発生器８の伝導端子へ、電気的接触領域７に接続された伝導ストリップ４ａ、４ｂによって、機能的に結合され得る。発生器８によって生成される電圧の値、及び電流値ｉは、活性層領域６の厚さ、活性層領域６の抵抗率値、及び検査下の構造体の厚さを含む様々な要因に依存する。発生器８は、構造部分１において統合されて作製され得、本発明による装置３０の一部であり得る、又は、それは、本発明による装置の外部の要素であり得る。
【００３５】
例示的な実施形態では、活性層領域６は、例えば５０μｍと１５０μｍとの間の、Ｚに沿った厚さ、及び、ＸＹ平面上で、四角形の、例えば正方形の形状を有する。活性層領域６の（ＸＹ平面上の）領域のサイズは、特定の用途に従って選択される。活性層領域６の（ＸＹ平面上の）領域に関する可能性のある値は、航空宇宙用途に関して１ｃｍ２から１００ｃｍ２の範囲ある。
【００３６】
本発明の態様によると、変換器素子４は、薄いグラフェン（ｐｒＧＯ）系層で形成され、一実施形態において、電気的接触領域７は、活性層領域６のものと同じ大きさのオーダーの抵抗率を有する部分的に還元された酸化グラフェン（ｐｒＧＯ）で作製される。それ自体が知られている酸化グラフェン層の還元プロセスは、調節され得、且つ、適切なマスクを用いて酸化グラフェンの層から開始することによって、純粋なグラフェンのものに向かう傾向にあるそれぞれの電気的及び熱的特性を有する複数の連続的領域で形成される、結果として得られる層を得ることを可能にし、さらなるものは、非マスク領域に対応して還元プロセスを進める。
【００３７】
酸化グラフェンを還元するための主な方法の内の一つは、以下でより良く示されるように、ヒドラジン一水和物による化学的還元手順を提供する。代わりに、又は、ヒドラジンの使用と一緒に、ハイドロキノン、水素化ホウ素ナトリウム及びビタミンＣを用いることも可能である。
【００３８】
発生器８の伝導端子がそれに電気的に結合される伝導ストリップ４ａ、４ｂは、電気的接触領域７を長くして伸びるので、酸化グラフェンの層を還元すること及び電気的接触領域７の同じ伝導特性を有することによっても実現され得る。
【００３９】
図１に示されるタイプの複数の変換器素子を電気的に一緒に結合することが可能であることは明らかであり、任意のタイプの経路（パターン）を形成する。様々な変換器素子間の接続経路は、例えば１０−７Ωｍと１０−８Ωｍとの間の抵抗率を備える、還元された酸化グラフェン（ｒＧＯ）であり得る。
【００４０】
従って、上記に基づいて、変換器素子４が、活性領域６と接触領域７との間の結合部に起因した構造的臨界を有さないことは明らかであるので、航空及び航空電子用途等の高い度合いの構造強度を必要とする用途において用いられ得る。
【００４１】
図２Ａは、第１構造層２の上を伸びる第２構造層１０を含む図１の構造部分１を示す。第２構造層１０は、変換器素子４を囲む領域３の外部の表面部分で、第１表面２ａに、特にそれに直接接触して、結合される。言い換えると、第１構造層２と第２構造層１０との間の結合は、第１構造層２と第２構造層１０との間の結合領域が、変換器素子４を、それに直接接触することなく、完全に囲むように実現される。言い換えると、第２構造層１０は、変換器素子４から、方向Ｚに沿って、離れて伸びるので、外部環境から流体的に隔離された埋め込みチャンバ１４を形成する。
【００４２】
チャンバ１４において、気体（例えば、空気）は、変換器素子４と熱的に接触している。使用の間、電気信号が、電圧発生器８によって変換器素子４へ印可されるとき、音波ＷＥは熱電効果によって生成され、時間におけるその変化は、活性層領域６に印可された電気信号の関数である（つまり、活性層領域６に供給される電気信号の変化は、放出される音響波の、対応する変化を含む）。
【００４３】
このように生成された音響波は、活性層領域６から離れて方向Ｚに沿って伝搬する。
【００４４】
本発明の実施形態では、第２構造層１０は、それ自体既知の方法で、樹脂によって一緒に結合される、複合材料の複数の重ね合わされた層で形成された、厚い、又は「バルクの」構造領域２０の不可欠な部分である（例えば、炭素繊維における構造領域）。この場合、第２構造層１０及び厚い構造領域２０は、互いにシームレスに、つまり、途切れること又は不連続の領域なしで、伸びる。異なる実施形態では、中間音響結合層が、存在し得る。
【００４５】
前述したように、炭素繊維構造体は、層間剥離、含有物、多孔性、空隙及び内部シワ等の製造上の欠陥を有し得る。
【００４６】
（Ｚ軸の正の方向において）活性層領域６から離れるＺ方向に沿って伝搬する、熱音響効果によって生成された音響波は、Ｚ方向に沿って存在する構造的不連続性に応じて一連の反射を受け得る。言い換えると、（例えば異なる密度に起因して）異なる音響インピーダンスを有する材料間の不連続の領域の表面に当たる、放出された音響波は、厚い構造領域２０における構造的欠陥を示す音響エコー波の、結果として生じる生成によって反射される（図２Ｂを参照）。このような不連続の領域の検出は、本開示による非破壊超音波試験の目的である。
【００４７】
反射された音響波ＷＲは、変換器素子４に向かって、特にチャンバ１４に向かって、方向Ｚに沿って伝搬する。チャンバ１４に存在する気体分子に衝突する、反射された音響波は、チャンバ１４内部で圧力変化を生成し、その結果、反射された音響波の振幅の関数である温度勾配を、気体において、決定する。チャンバ１４における気体の温度変化は、活性層領域６の加熱を引き起こす。活性層領域６の熱変化は、反射された音響波の振幅に比例し且つ時間におけるその変化が、反射された音響波の時間変化の関数である、伝導ストリップ４ａ、４ｂの端での電流ｉＲ（又は、同様に、電圧）の生成を引き起こす。言い換えると、活性層領域６において引き起こされる電流ｉＲは、反射された音響波の時間的変化を反映する時間的変化を有する。
【００４８】
伝導ストリップ４ａ、４ｂの端に結合され得る、それ自体が既知であるタイプの、（図２Ｂにおいて例として示される）電流及び／又は電圧検出器９は、反射された音響波によって活性層領域６において引き起こされる電流ｉＲ（又は、同様に、電圧）を検出することを可能にさせる。電流センサー９は、電流ｉＲを検出した後で、電流ｉＲを示す信号（例えば、電流ｉＲに比例する信号）を示す信号を生成する。
【００４９】
このように検出された電流ｉＲの時間変化のその後の分析は、反射された音響波に関する、その結果、反射された音響波を生成した欠陥に関する情報を得ることを可能にさせる。データのこのような処理は、本発明の主題ではない。
【００５０】
電流検出器９は、構造部分１において統合された形において作製され得、本発明による装置３０の一部であり得る、又は、それは、本発明による装置の外部の要素であり得る。
【００５１】
第１構造層２、変換器素子４、第２構造層１０及び（第１構造層２と第２構造層１０との間で画定される）チャンバ１４は、非破壊検査装置３０を一緒に形成する。
【００５２】
送信された音響波の放出の及び反射された音響波の受信のフェーズは、非破壊検査装置３０が、互いに交互に起こる送信及び受信の各々の時間窓において、音響波のエミッターとして及び音響波のレシーバーとして交互に動作するように、交代する。
【００５３】
そのため、本発明の態様によると、変換器素子４には、放出フェーズの間に、交互タイプの電流ｉ（ＡＣ電流、例えば正弦波の又は正方形の又はパルス波）、及び３．５ＭＨｚから７ＭＨｚの範囲に含まれる周波数ｆが供給される；このように、活性層領域６は、電気信号ｉと同じ変化の法則にしたがって加熱され冷却されて、活性層領域６と接触している（又は近い）気体分子と活性層領域６から（Ｚ方向に沿って）さらに離れたものとの間で温度勾配を生成する。気体は、電気信号ｉによって画定される変化に従って濃縮し拡大して、圧力勾配を、そのため、電気信号ｉによってフェーズにおいて音響波を生成する。
【００５４】
受信するフェーズでは、変換器素子４は、電気的に電源が供給されておらず、反射された音響波は、チャンバ１４に存在する気体内に浸透して、圧力勾配を、そのため、上記気体の分子間で温度勾配を生じさせる。活性層領域６は、反射された音響波の変化の関数として熱くなり、冷たくなり、熱電効果によって、電流の生成が対応して、構造体における欠陥の存在及びその位置を決定することを可能にする。実際に、音響波の放出と、対応する反射された波の受信との間の時間遅延は、変換器素子４からの欠陥の距離を示す（に比例する）。反射された波の振幅は、幾何学的寸法の測定及び欠陥のタイプの表示を提供するために用いられ得、参照として用いられる既知の反射物のものによって得られる信号の振幅と比較することによって推測される。
【００５５】
変換器素子４に関して、共鳴条件において動作することが好ましい。このような目的に対して、活性層領域６へ供給される電気信号ｉの下降フェーズが、放出される音響波の最大値（チャンバ１４における気体の最大膨張：気体加熱フェーズ）に対応すること、及び逆もまた同様（つまり、電気信号ｉの上昇フェーズが、チャンバ１４における気体の最大圧縮に対応すること：気体冷却フェーズ）、が推奨される。
【００５６】
図３Ａを参照すると、電気インパルスＩｉｍｐ（電気信号）の生成は、音響波の送信のために用意された時間窓を画定する時間間隔ｔ１−ｔ２において例として示され、変換器素子４は、エミッターとして動作する。瞬間ｔ２とｔ３との間の、後続の時間窓は、受信窓を画定し、変換器素子４はレシーバーとして動作する。
【００５７】
図３Ｂを参照すると、送信時間窓では、前述したように、時間ｔ１で、送信された音響インパルスＳｔｘの生成が存在する。代わりに、受信する時間窓では、２つの反射された信号Ｓｒｅｆ１及びＳｒｅｆ２が、時間ｔ２’及びｔ２”で、それぞれで観測される。反射される信号Ｓｒｅｆ１は、チャンバ１４と第２構造層１０との間の界面によって生成され；反射Ｓｒｅｆ２は、構造領域２０の底面から生成される。信号Ｓｒｅｆ１及びＳｒｅｆ２は常に、欠陥の存在に係わらず、起こる。信号Ｓｒｅｆ１とＳｒｅｆ２との間のさらなる反射された信号がないことは、分析の下で構造領域２０の部分において、欠陥又は不連続がないことを示す。
【００５８】
逆に、図３Ｃを参照すると、Ｓｒｅｆ１とＳｒｅｆ２信号との間で、ｔ２’とｔ２”との間（ここで、時間ｔｄｅｆで）の時間間隔において受信される、一以上の反射された信号Ｓｄｅｆの存在は、分析の下で構造領域２０の部分において存在する各々の一以上の欠陥（又は不連続）を示す。
【００５９】
そのため、図３Ｄでは、Ｓｒｅｆ１、Ｓｒｅｆ２及びＳｄｅｆ信号は、時間ｔ２＿ｒｘ’、ｔ２＿ｒｘ”及びｔｄｅｆ＿ｒｘでそれぞれ得られる、各々の電気信号Ｉｒｅｆ１、Ｉｒｅｆ２及びＩｄｅｆ（ここでは理想的にインパルス信号として表される）に変換される。
【００６０】
欠陥／不連続の（音響波の伝搬の方向に沿った、例えば、Ｚに沿った）深さｄｄｅｆは、式を用いて得られ得る。
【００６１】
ｄｄｅｆ＝Ｖ・Δｔ／２
ここで、Ｖは、考慮される材料における音伝搬の速さであり、Δｔは、音響波の進行時間である（電気信号生成Ｉｉｍｐの瞬間ｔ１と電気信号Ｉｄｅｆ＿ｒｘの取得の瞬間ｔｄｅｆ＿ｒｘとの間で経過した時間として近似可能）。
【００６２】
非破壊検査装置３０の製造段階がここで示される。明示的な参照が、前述のその一般的な性質無しで、構造成分の、特に、航空機の、製造に関する方法に為されるであろう。
【００６３】
第一に、酸化グラフェンの一以上の層（又はシート）が、例えば、５０μｍと１５０μｍとの間の厚さを有して、用意される。単一層／シートの平面的な拡張は、製造者によって変動し、数センチメートルから数メートルまでの寸法を備えるシートは一般的に利用可能である。液体形態における溶液もまた利用可能である。
【００６４】
その後、第１構造層２の上へ酸化グラフェンの上記シートを接着するステップが実行される。例えば、酸化グラフェンシートは、接着剤又はグルー又は樹脂から作製される界面層によって第１構造層２の各々の部分へ付着するために作製され得る。後続の熱処理ステップは、界面層の凝固及び付着の最適化を可能にする。
【００６５】
その後、各々のマスクが酸化グラフェンシートの上に形成されて、そこで電気抵抗率値を低下させるための同じもののベア表面領域を残し、伝導領域を生成する（特に、前述したように、活性層領域６、電気的接触領域７及び伝導ストリップ４ａ、４ｂ）。表面部分の選択的処理のために必要不可欠である、マスクの形成のために用いられ得る技術は、サイズ及び特定の用途に依存する；例えば、化学的ミリングに関する既知のマスキングプロセスが用いられ得る。
【００６６】
その後、その上にマスクが伸びる酸化グラフェン層が提供された第１構造層２は、ヒドラジンが供給される反応チャンバに配される。酸化グラフェンの還元がより大きいほどヒドラジン反応が長く続くので、（非マスク領域において）ヒドラジンと酸化グラフェン層との間の反応時間をモニタリングすることによって、所望の伝導特性が達成されたときに還元プロセスを妨害することが可能である。
【００６７】
例えば、４８時間の反応時間でヒドラジン溶液を用いて、約１０μｍ厚さの酸化グラフェンの層の抵抗率は、約１０１２Ωｍから１０９Ωｍへ、３桁減少する。出願人は、４８時間に等しい時間の間実行されるヒドラジンによる酸化グラフェンの還元プロセスが、完全な絶縁体（［−５Ｖ；＋５Ｖ］の範囲においてＶによらず一定である特性ＶＩ、且つＩ＜１ｐＡ）からオーム材料（［−５Ｖ；＋５Ｖ］の範囲においてＶ、［−６ｎＡ；＋６ｎＡ］の範囲においてＩに線形である特性ＶＩ）になる層の電気特性を修正することが可能であることを検証した。この態様は、本発明による目的に関して特に重要である。なぜなら、それは、酸化グラフェン層の抵抗率の低下が、ヒドラジン露出時間の関数であることを示すからである（露出時間の増加が抵抗率を低下させる）。そのため、電気的接触領域７の抵抗率値を所望の値へ最初に調節することが可能である。
【００６８】
その後、マスキングステップが、新たに形成された電気的接触領域７で実施され、そこで活性層領域６が形成されることになる、還元された酸化グラフェン部分を露出したままにする。新しい還元プロセスを実施することによって、露出領域の抵抗率をさらに低下することが可能であり、（所望のＨＣＰＵＡ値に応じて）所望の値に到達する。
【００６９】
最後に、還元された酸化グラフェンシートが設けられる第１構造層２は、反応チャンバから取り除かれ、存在するマスクは取り除かれる。変換器素子４がこのように得られる。
【００７０】
チャンバ１４の構築に関して、様々な方法で進めることが可能である。
【００７１】
第一実施形態では、２つの連続した層の間での圧力成形によって、及び／又は、層の完全な付着及び圧縮を防止する分離材料の局所的な挿入によって、２つの連続したシートの間に空洞を生成することによって気泡の形成を提供する技術によって第２構造層１０の局所的なくぼみを生成することが可能である。その後、第１構造層２は、第２構造層１０の上に置かれ、変換器素子４（及び特に活性層領域２）が、第２層構造１０において作製されたくぼみに直接面するようになる。
【００７２】
第二実施形態では、（「Ｆｒｅｒｏｔｔｅ」としても知られる）水分によって重合する、溶媒系の、複合材料及びポリエステル樹脂に関する、透明な、半永久的なエポキシ分離材料内部で高度に反射性の超音波材料（例えば、１ｃｍ×１ｃｍのサイズ）の薄い層（「フィルム」）であり、このように形成されたパイルを複合材料（例えば、炭素繊維）の層の２つの連続した層の間に、又は、本発明の文脈では、構造層２と構造層１０との間に、配する。
【００７３】
（例えば、オートクレーブにおける）重合フェーズの間、このように形成された構造体は（１ｂａｒと６ｂａｒとの間の）特定の圧力及び（０℃と１８０℃との間の）温度条件を受け、気体のクッション層の構築は、分離材料の蒸発、及び、構造層２と構造層１０との間の、結果として生じる局所的な脱離に起因して促進される。チャンバ１４はこのように形成される。
【００７４】
本発明の態様によると、チャンバ１４は、１ｃｍ２と１００ｃｍ２との間に含まれる面積の下面及び上面並びに０．１ｍｍと１０ｍｍとの間の高さによって画定される円筒又は円錐台形状に近似可能な容積を有する。これらの寸法は、検査されることになる部品又は構造体の表面の及び厚さの関数であり、一般的に、それらは、少なくとも２桁小さい値を考慮して決定される。
【００７５】
チャンバ１４を形成する埋め込まれた気体のポケットの形成を引き起こす蒸発を、熱的プロセスを受けたときにする他の材料を用いることが可能であることは明らかである。
【００７６】
上述したように製造される一以上の非破壊検査装置が設けられる、考慮される構造成分は、その後、例えば第１構造層２の第２表面１ｂの上の塗装等の、残りの製造ステップを受け得る。
【００７７】
前述したように、ヒドラジンの使用の代わりに、又は、それに追加して、水素化ホウ素ナトリウムＮａＢＨ４が、酸化グラフェンの還元のために用いられ得る。用いられる他の還元剤は、例えば、気体の水素、ハイドロキノン及び強アルカリ性溶液である。
【００７８】
酸化グラフェンの還元に関する他の既知の方法は、高温熱処理（典型的には、約１０００℃）を含む；しかしながら、このような高温での熱処理は、酸化物層が接着される構成要素の構造的堅牢性、並びに、接着剤又はグルー界面層の機能性を損ない得る。
【００７９】
本発明の異なる実施形態によると、ネガプロセス、つまり、グラフェンシートの非マスク領域が酸化されてそれらを電気絶縁状態にするプロセスを実施することが可能である。この場合では、プロセスは、グラフェンの各々の層を形成するために航空電子工学構造に結合されたグラフェン（優れた導電体）のシートから開始する。その後、グラフェンのこのような層の部分的酸化は、所望の電気抵抗率値が電気的接触領域７に関して及び伝導ストリップ４ａ、４ｂに関して得られ、（ｐｏＧとしても知られる）部分的に酸化されたグラフェンの、制御された抵抗率領域を形成するまで実行される（活性層領域６をマスクする）。酸化は、酸化剤が豊富な水溶液に浴することによって実行される。
【００８０】
そのため、本発明の実施形態によると、第１構造層２は、複合材料で作製される胴体部分又は翼部分又は他の物等の、航空機の構造成分の最外層（又は最外層の内の一つ）である。厚い構造領域２０と一緒に、第２構造層１０は、航空機の構造成分の残りの部分に代わりに属し、且つ、考慮される構造成分の厚さを実質的に画定する。言い換えると、目視検査によって検出できない任意の欠陥は、厚い構造領域２０において排他的に伸びる。厚い構造領域２０に向かって面する（つまり、厚い構造領域２０の厚さに向かって各々の音響波を放出するのに適した）、それ自身のチャンバ１４が各々提供される、複数の変換器素子４を形成することによって、試験及び組み立てのフェーズの間、及び、航空機の全動作寿命の間の両方で、予め存在する又は新たに生成された欠陥の存在を検証することが可能であるので、相対的な構造的安定性を大幅に増加させる。
【００８１】
図４を参照すると、複数の変換器素子４は、各変換器素子４の活性層領域６を通して各々の電流ｉの流れを使用時に引き起こすように構成された電圧発生器８の（又は各々の電圧発生器の）伝導端子に機能的に接続される。変換器素子４は、クロストーク減少を防止するために、同時に電力が供給され得るが、異なる時間間隔で、互いに近い変換器素子４（例えば、活性層のサイズの約１／１０の、一方から他方に、ある距離で伸びる変換器素子４）に電力を供給することが好ましい。１／１０に等しい前述の距離値は、隣接する要素間の電気絶縁を保証するように、且つ、同時に下層、２つの要素間の間隙表面を検査するように選択されて、２つのトランスミッター／レシーバーの音響出力の横方向伝搬効果を利用する。このような目的に対して、他の変換器素子４に関して時間における異なる瞬間に、電圧発生器８へ各々の変換器素子４を結合し切り離すために選択的に制御可能な、各々のスイッチ３４（変換器素子４のマトリクス組織の場合に、行及び列セレクタ）によって電圧発生器８へ各々の変換器素子４を接続することが可能である。
【００８２】
変換器素子４は、必要に応じて、マトリクス、若しくはグリッド、若しくは曲線、若しくはスポークパターン、又は、さらに他のものを形成するために伸び得る。
【００８３】
考慮される構造体内へ統合された変換器素子４の数に関わらず、電圧発生器８は、例えば−０．５Ｖと＋０．５Ｖとの間の、作動電圧で各々の活性層領域６を分極ように構成されて、１ｃｍから５ｃｍまでのオーダーの厚さを備える構造体の検査を可能にするために−１０ｄＢと−５０ｄＢとの範囲に入る出力を生成する。
【００８４】
例えば、航空電子工学用途の場合、機内電源は、典型的には直流（ＤＣ）において２４Ｖと４８Ｖとの間の範囲における可変値で用いられる。この場合、電圧発生器８と変換器素子４との間に、リダクション（ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）のＤＣ−ＡＣコンバーター、又は「バルク」タイプ３２を有することが望ましい。変換器素子４へ供給される電圧値の選択は、具体的には、活性層領域６の厚さの、及び活性層領域６の抵抗率の、並びに、前述のように、検査されることになる航空電子部品又は構造体の厚さの、関数である。結果として、同じ航空機の異なる部分に配される変換器素子４は、局所的な条件に従って、異なる値の電圧／電流が供給され得る。
【００８５】
説明されてきたものから、本発明が、文献において報告され従来技術において既知であるものに関して大幅な進化を示すことが明らかである。
【００８６】
その特定の部分で選択的に還元された酸化グラフェン層は、制御された電気伝導性を備え、軽量性、強度、柔軟性及び信頼性の特性を有する。同じ優位点は、続いて酸化される純粋なグラフェンの二重層の使用によって与えられる。数十マイクロメートルの厚さを備えるグラフェンシート、及びその誘導体（ｐｒＧＯ、ｐｏＧ）は、極めて耐久性があり、優れた弾性及び柔軟特性を有し、且つ、それらが統合される構造体の厚さ又は構造的堅牢性に影響を与えない。従って、航空分野における非破壊試験機器の構築に関して理想的である。
【００８７】
さらに、本発明に従って達成可能な統合は、部品の製造の間に実験室においてのみでなく、航空機の及びその表面が外部からアクセス可能でない部品に関する組み立て後にも実施され得る航空機の全作用寿命の間に非破壊の構造的試験を実施することを可能にさせる。なぜなら、計装プローブは、航空機を作り上げる個別の部品の表面上に統合されるからである。本発明はまた、信頼性（高い忠実性のプローブ）、小型化及び低コストという優位点を提供する。
【００８８】
最後に、修正及び変形は、添付の特許請求の範囲によって定義されるような、本発明の保護範疇内に残りつつ、本明細書で説明され示される発明に対して為され得ることが明らかである。
【００８９】
前述された非破壊検査装置３０は、複合材料の層とは異なる構造成分の上に形成され得る。例えば、層２及び層１０は、金属（例えば、アルミニウム）、又は半導体材料（例えば、ケイ素）で作製され得る。
【００９０】
さらに、２つの構造層２、１０の間に画定されるチャンバ１４を有し、且つ、変換器素子４を収容する非破壊検査装置３０は、上記で詳細に議論されたものとは異なる分野において用いられ得る。例えば、それは、車両構造体又は航空電子工学構造体内に統合されないことがあるが、ソナーシステムに関する又は生体計測の実現に関する、危険物の超音波検出のための装置において、海洋プローブにおいて用いられることがある。
【００９１】
まとめると、本開示は、航空学において用いられる複合材料の非破壊超音波試験の用途に関する、非破壊検査装置の製造方法及び装置自身を記載する。装置の重要な態様は、非限定的な実施形態において、分析されることになる複合材料の構造体において統合されるマイクロプローブのネットワークの存在に関係する。材料において統合される音響マイクロプローブのマトリクスは、従来技術のすべての制限を克服することを可能にさせ、また、：分解能におけるより良い性能、より小さいプローブ、それゆえ、より小さい欠陥を検出できる能力；時間及びコストに関する、より良い性能、エキスパートオペレーターが必要とされない、且つ試験時間が表面に依存しない；従来技術による外部プローブの場合のように、マイクロプローブによって得られる信号の処理が平行して行われ、順次に行われない；表面が外側からアクセス可能でない場合でさえ、組み立て後のフェーズへも試験を拡張することが可能であること；を保証する。さらに、検査されることになる構造体の重量が大幅に増加することがない。
【００９２】
製造プロセスに関するように、提案された解決法は、航空構造体に関する原材料として用いられる複合材料（炭素層（ｐｌｙ）多層）の製造（炭素繊維のオートクレーブ、ボンディング、敷設等）と同じ時間で検査装置の製造を提供する。検査装置の構築に必要とされるステップは、いくつかの航空のプロセス（マスキング、ボンディング）と組み合わされたグラフェンの処理方法（還元／酸化）の特定の組み合わせ、及び、シリコンエレクトロニクスの特徴（伝導性の、絶縁性の及び抵抗性セクションを生成するための同じ材料の層の一部の選択的ドーピング）である。
【００９３】
航空構造体における使用のための要件、特に：小型化及び頑健性に関連した安全性要件に関する構造体の均一性；伝導層、絶縁層及びセンサー層は、グラフェンハイブリッドですべて作製される（統合され得ない非均一な金属及び酸化物の使用を必要とする従来技術における制限はこのように克服される）；誤検出の生成を制限する検出分解能要件に関する構造体の均一性；検査されることになる構造体の複合材料の処理に対する文脈の製造（プローブは、材料の構築後に挿入されることはできない）は、保証される。
【００９４】
非破壊検査手順に関して、非破壊試験は、必ずしも実験室において実行されるわけではなく、建設された航空機でも実施され得るので、周期的な修正及び航空機の試験へも拡張可能である；試験は、オンライン診断のために、飛行中の航空機でも実施され得る；試験は、ヒューマンエラーの可能性によって影響されないように認定オペレーターの補助無しで実施される；試験は、遂行が自動であり平行処理によってプローブのマトリクスで行われるので、時間及びコストにおける大幅な減少と共に実施される；試験はまた、追加のインターフェースの補助なしで非平坦表面でも実施され得る；試験は、第２のトレースエコーに起因する誤検出をフィルタリングするためのアルゴリズムが用いられ得るので、より信頼性があることに留意すべきである。
【符号の説明】
【００９５】
１    構造部分
２    第１構造層
２ａ  第１表面
２ｂ  第２表面
４    変換器素子
４ａ  伝導ストリップ
４ｂ  伝導ストリップ
６    活性層領域
７    電気的接触領域
８    電圧発生器
９    電圧検出器
１０  第２構造層
１４  埋め込みチャンバ
２０  構造領域、複合材料、ボディ
３０  非破壊検査装置
【図１】
2019078738.tif 000003
【図２Ａ】
2019078738.tif 000004
【図２Ｂ】
2019078738.tif 000005
【図３】
2019078738.tif 000006
【図４】
2019078738.tif 000007
【外国語明細書】
2019078738000001.pdf