FR2732246A1 - Shock wave generator for measuring structural characteristics - Google Patents
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Abstract
Description
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. The present invention relates to a shock wave generator intended to generate a shock wave in a structure with a view to studying its characteristics and more particularly relates to a device for auscultating a structure incorporating such a generator shock waves.
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. Auscultation devices of known type include percussion means intended to strike a structure and associated with means for measuring the shock wave propagating in the structure under the effect of the percussion means. A signal processing system processes the signal delivered by the measurement means so as to determine one or more physical characteristics of the 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. The signal delivered by the measurement means can for example be filtered and then compared with a reference measurement signal corresponding to a signal propagating in a structure of the same nature and the characteristics of which are known, in order to determine the presence of faults.
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. The percussion means are generally constituted by a hammer which can be actuated manually by a user. By its nature, this hammer cannot be used in places that are difficult or impossible for a user to access.
Le but de l'invention est de pallier cet inconvénient. The object of the invention is to overcome this drawback.
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. Another object of the invention is to provide a shock wave generator making it possible to strike a structure several times, at a determined location and with a substantially constant force.
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. It therefore relates to a shock wave generator intended to generate a shock wave in a structure made of at least one material, with a view to studying the characteristics of said structure, characterized in that it comprises a support intended to be positioned relative to said structure and, carried by said support, a striker intended to strike said structure and means for operating said striker which can be actuated remotely.
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.The invention may further include one or more of the following features
- Said operating means comprise a coil integral with the support and provided with a plunger core made of ferromagnetic material carrying said striker and axially displaceable in said coil, a power source connected to energy storage means, control means charging the energy storage means disposed between the power source and said energy storage means and a switching member selectively connecting said energy storage means to the coil to cause their discharge in the coil and thus control the propulsion of the striker against the structure
- The shock wave generator further comprises elastic connection means interposed between the striker and the support so as to apply a restoring force on the striker, acting against the operating means
the energy storage means comprise a capacitor whose capacity is between 3000 and 30,000 microfarads, preferably 5,000 microfarads
- The switching device includes a thyristor;
- The shock wave generator comprises means for controlling the means for controlling the load of the energy storage means and the switching member connected to said control means and to the switching member by a connection without wire
- The end face of the striker intended to strike said wall comprises a force sensor adapted to measure the force exerted by the striker on the 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. The invention also relates to a device for auscultating a structure comprising percussion means intended to strike said structure, means for measuring the shock wave propagating in the structure under the effect of the percussion means. and a system for processing the signal delivered by the measuring means adapted to determine at least one physical characteristic of the structure, characterized in that said percussion means comprise a generator of shock waves as defined above.
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. Preferably, the measurement means comprise at least one motion sensor intended to be applied against the wall of the structure, said motion and shock sensors each being connected to the signal processing system.
Avantageusement, le dispositif d'auscultation comporte un organe de filtrage des ondes parasites se propageant dans la structure. Advantageously, the monitoring device comprises a filtering device for parasitic waves propagating in the 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. In the latter case, the filtering member comprises an elastically deformable element disposed between the motion sensor and said surface and adapted to absorb said parasitic waves.
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.Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the following description, given by way of example and without limitation, with reference to the appended drawings in which
- Figure 1 shows a side view of an auscultation device according to the invention, in the rest position, used for auscultation of a pipe
- Figure 2 shows the device of Figure 1 during the percussion of the pipe
- Figure 3 shows a schematic sectional view on a larger scale of the shock wave generator of the monitoring device of Figure 1
- Figure 4 shows an electronic diagram of the monitoring device of Figure 1; and
- Figure 5 shows the device of Figure 1 used for auscultation of a vertical wall.
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. In Figures 1 and 2, there is shown a device for monitoring a structure, designated by the reference numeral 10, respectively in the rest position and in the active position. It is intended to examine a pipe 12, made up of a set of cement elements, in order to determine its intrinsic physical characteristics and to detect the presence of defects in the material or materials constituting the pipe, as well as in the surrounding materials. This device is in particular intended to detect cracks, compaction defects, or to detect anomalies in the seals placed between the cement elements.
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. The auscultation device 10 comprises a shock wave generator 14 intended to strike the wall 16 of the pipe 12 and means 18 for measuring the shock wave generated by the shock wave generator 14 and propagating in the material of the pipe 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. The shock wave generator 14 and the measuring means 18 are connected to a control unit 20 supplying and controlling the shock wave generator 14 and ensuring the connection of the shock wave generator 14 and measuring means 18 with a central processing unit, not shown and external to the duct 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. The shock wave generator 14, the measurement means 18 are carried by a support 22 connected to displacement means constituted by a self-propelled carriage 24. The support 22 is movable in a vertical direction so as to apply the measurement means 18 against the wall 16 of the conduit 12 and to precisely position the shock wave generator at a short distance from this wall. The carriage 24 is a known type of carriage resting on either side of the lowest part of the pipe 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. It can be seen in FIG. 3 that the shock wave generator 14 includes a striker 26 mounted axially displaceable in a tubular housing 28 fixed to the support.
Le percuteur 26 débouche à l'extérieur du boîtier 28 au niveau de la tranche d'extrémité 30 du boîtier 28.The striker 26 opens out of the housing 28 at the end edge 30 of the housing 28.
Le percuteur 26 est déplacé dans le boîtier tubulaire 28 par l'intermédiaire de moyens de manoeuvre. The striker 26 is moved in the tubular housing 28 by means of operating means.
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.These operating means consist of a coil 32 placed in the wall of the end zone of the tubular housing 28 and provided with a plunger core made of ferromagnetic material 34 located in the extension of the striker 26 and axially displaceable in the housing 28.
Dans l'exemple de réalisation représenté, le percuteur 26 et le noyau plongeur 34 sont réalisés en une seule pièce de fer doux. In the embodiment shown, the striker 26 and the plunger core 34 are made in one piece of soft iron.
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. It can also be seen in FIG. 3 that the percussion member 14 further comprises elastic return connection means connecting the free end 36 of the plunger core 34, situated opposite the end edge of the housing 28, to an annular support 38, integral with the housing 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. These elastic connection means are constituted by a spring 40 applying a restoring force on the striker 26 acting against the operating means so as to maintain the striker in the tubular housing 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. The percussion member 14 is completed by a force sensor 42 disposed at the end face of the striker 26 intended to strike the 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. Referring again to Figures 1 and 2, the measuring means 18 is placed at a determined distance from the shock generator 14 and comprises a movement sensor 44 intended to be applied against the wall 16 of the conduit 12 by means of a spring 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. The motion sensor 44 is constituted by an accelerometer, of known type, inserted in a mechanical decoupling sleeve of elastically deformable material, such as rubber, intended to absorb the parasitic waves liable to propagate in the support 22 under the effect of the action of the shock wave generator.
Le schéma électronique du dispositif d'auscultation va maintenant être décrit en référence à la figure 3. The electronic diagram of the monitoring device will now be described with reference to FIG. 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. This circuit, located in the control box 20, with the exception of the coil 32, comprises a DC power source, for example a battery 48 delivering a substantially DC voltage of 12 V and supplying a DC-current converter. DC 50, suitable for delivering a stabilized supply voltage of 30 V across a capacitor 52, via a link resistor 54. The capacitor 52 is a capacitor whose capacity is between 3000 and 30000 microfarads, preferably 5000 microfarads and the bonding resistor 54 is a 300 ohm resistor.
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. It can also be seen in this figure that the coil 32 is mounted in series on a semiconductor switching member constituted by a thyristor 56, the thyris tor and the coil being connected in parallel to the capacitor 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. In addition, a diode 58 and a regulating resistor 60 connect the control terminal of the thyristor 56 to the terminal of the coil 32 connected to the capacitor 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. The diagram is completed by means of controlling the charge of the capacitor 52 constituted by a switch 62 connecting the power source 48 to the converter 50. A second switch 64, constituted by a push button, connects the positive input terminal from the converter 50 to the thyristor control terminal 56 so as to selectively connect the capacitor 52 and the coil 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. The switches 62 and 64 and the force 42 and motion sensors 44 are respectively connected to a remote control unit 66 and to the processing unit, external to the conduit 12, by a wireless infrared or wave connection. 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. However, in another embodiment, the connection between the carriage 24 and the remote processing and control units is constituted by a wire connection.
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. The operation of the monitoring device which has just been described is as follows. During a first phase, the first switch 62 is closed and the second switch 64 is open. The converter 50 then delivers a direct current to the capacitor 52 to charge it under a potential difference of 30 V for a duration of the order of 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). When the user wishes to cause movement of the striker 26, he actuates the push button 64, which causes the discharge of the capacitor 52 in the coil 32. The magnetic field induced by this coil causes the expulsion of the striker 26 which strikes the wall 16 of 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. It should be noted that the striker 26 is returned to its initial position, shown in FIG. 1 by means of the spring 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. The force exerted by the striker 26 on the wall 16 is measured by the force sensor 42 which delivers a measurement signal to the processing unit.
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. This force generates a shock wave in the material of the conduit 12 which propagates therein. This shock wave is measured by means of the displacement sensor 44 which delivers a measurement signal to the processing unit. The signals delivered by the movement 44 and force 42 sensors are then processed in a known manner to determine the mechanical characteristics of the structure with a view, for example, to determining the existence of faults in this structure.
Il est à noter que des signaux parasites engendrés par le percuteur 26 se propagent dans le support 22. It should be noted that spurious signals generated by the striker 26 propagate in the 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.These spurious signals are absorbed by the rubber sleeve which provides mechanical decoupling between the motion sensor 44 and the shock wave generator 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. When the second switch 64 is again in the open position, the capacitor 52 is recharged so as to allow another percussion. It should be noted that the successive percussions being carried out when the capacitor is fully charged, the force exerted by the striker on the structure is substantially constant.
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. The auscultation device which has just been described makes it possible to strike at a distance, at a determined location and with a precise force, a structure in order to generate a shock wave in order to determine certain characteristics thereof.
Il est donc particulièrement adapté à l'auscultation de structures d'accès difficile. It is therefore particularly suitable for auscultation of structures of difficult access.
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. In Figure 5, there is shown an auscultation device for the control of vertical planar structures, such as building or building walls.
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. This device comprises a shock wave generator 68 and means 70 for measuring the shock wave propagating in the wall to be examined, identical to the shock wave generator and to the measurement means of the device of FIGS. 1 to 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. The shock wave generator 68 and the measuring means 70 are also carried by a support 72, connected to a control unit 74 moved by a robot 76 provided with suction cups, such as 78, adhering to the wall to be examined.
Le fonctionnement de ce dispositif est identique à celui du dispositif de la figure 1 et ne sera donc pas décrit. The operation of this device is identical to that of the device of Figure 1 and will therefore not be described.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits. The invention is not limited to the embodiments which have been described.
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. Thus, the mechanical decoupling between the measuring member and the force sensor can be ensured by placing these elements on two separate supports.
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. It is also thus that the auscultation device which has just been described comprises a member for measuring the shock wave generated by the shock wave generator. However, it is also possible to envisage providing it with several measurement members regularly distributed over the wall of the structure to be examined.
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