FR2739925A1 - Acoustic probe used to measure characteristics of fluid-filled container - Google Patents

Abstract

The acoustic probe used to measure a characteristic of a fluid-filled container, e.g. the pressure inside it, comprises a propagator (4) shaped to match the container wall and acoustically coupled thereto by a fluid layer (6), and a piezoelectric generator and receiver (5) and electric circuit (8) to deliver an acoustic signal to the propagator and to receive and analyse the signal reflected back from the container. The propagator is adjustable to vary the thickness of the layer (6), and the acoustic thicknesses of the propagator (4) and layer (6) are defined as k lambda /2 and (2k'+1) lambda /4, where k and k' are whole numbers and lambda is the resonance wavelength of the path corresponding to twice the thickness of the wall of the container (1). The characteristic is measured in terms of the relative amplitude of the reflected wave.

Description

La présente invention est relative à un capteur acoustique pour la mesure d'un paramètre physique sur une enceinte renfermant un fluide, par exemple pour la mesure de la pression interne d'un crayon combustible d'un réacteur de centrale nucléaire. The present invention relates to an acoustic sensor for measuring a physical parameter on an enclosure containing a fluid, for example for measuring the internal pressure of a fuel rod of a nuclear power plant reactor.

Un tel crayon combustible est classiquement constitué par un gainage cylindrique en zircaloy dans lequel est disposé un empilement de pastilles cylindriques réalisées à partir de poudre d'UO2 enrichi ou d'un mélange d'UO2 et de PuO2.  Such a fuel rod is conventionally constituted by a cylindrical cladding in zircaloy in which is disposed a stack of cylindrical pellets made from enriched UO2 powder or from a mixture of UO2 and PuO2.

L'enceinte que constitue le gainage est pressurisé à environ 30 bars d'hélium pour contrebalancer la pression extérieure du réfrigérant en début de vie. The cladding enclosure is pressurized to around 30 bar of helium to counterbalance the external pressure of the refrigerant at the start of its life.

La pression interne d'un crayon combustible augmente avec le nombre de cycles de combustion. Cet accroissement est notamment dû à la réduction des volumes libres par gonflement de la colonne combustible associée à l'apparition de produits de fission gazeux engendrés par le bombardement neutronique des noyaux d'uranium et de plutonium. The internal pressure of a fuel rod increases with the number of combustion cycles. This increase is in particular due to the reduction in free volumes by swelling of the fuel column associated with the appearance of gaseous fission products generated by the neutron bombardment of the uranium and plutonium nuclei.

Cette pression interne ne doit pas dépasser une valeur critique qui risquerait d'entraîner une rupture de gaine pendant le fonctionnement du réacteur. This internal pressure must not exceed a critical value which could cause a sheath rupture during the operation of the reactor.

Il est donc souhaitable de disposer de capteurs permettant la mesure de cette pression interne, qui dans le temps peut varier de quelques atmosphères à une centaine d'atmosphères. It is therefore desirable to have sensors allowing the measurement of this internal pressure, which over time can vary from a few atmospheres to a hundred atmospheres.

Les méthodes actuelles de mesure de pression à l'intérieur d'une enceinte nécessitent un capteur placé à l'intérieur de l'enceinte avant sa fermeture. Pour certaines applications, ces méthodes ne sont pas envisageables. C'est notamment le cas pour la mesure de la pression interne de crayons combustibles. Il n'existe en effet pas de capteurs susceptibles de résister dans le temps à une forte exposition aux irradiations.  Current methods of measuring pressure inside an enclosure require a sensor placed inside the enclosure before it is closed. For certain applications, these methods cannot be envisaged. This is particularly the case for the measurement of the internal pressure of fuel rods. There are in fact no sensors capable of withstanding high exposure to radiation over time.

D'autres méthodes de mesure de pression sont connues mais sont destructrices de l'enceinte. Other pressure measurement methods are known but are destructive of the enclosure.

Par ailleurs, des capteurs acoustiques sont déjà connus et utilisés en microscopie ou micrographie. Furthermore, acoustic sensors are already known and used in microscopy or micrography.

Un tel capteur comporte classiquement un transducteur piezoélectrique disposé à une extrémité d'un barreau par exemple en verre dans lequel les ondes acoustiques se propagent, ce barreau se terminant par une lentille acoustique couplée par un fluide, généralement de l'eau, à l'échantillon sur lequel les mesures sont réalisées. Such a sensor conventionally comprises a piezoelectric transducer disposed at one end of a bar, for example made of glass in which the acoustic waves propagate, this bar ending in an acoustic lens coupled by a fluid, generally water, to the sample on which the measurements are taken.

Ces capteurs fournissent des informations sur la surface de l'échantillon mais ne sont pas suffisamment sensibles pour permettre de mesurer un paramètre physique relatif à l'intérieur d'une enceinte remplie de fluide. These sensors provide information on the surface of the sample but are not sensitive enough to allow a relative physical parameter to be measured inside an enclosure filled with fluid.

Notamment, dans le cas des crayons combustibles de coeur de centrale nucléaire, le pouvoir réflecteur du dioptre enceinte/gaz est trop important pour qu'un tel capteur puisse être utilisé pour relever des variations de pression interne. En effet, pour une pression de 1 atmosphère, la réflexion est de 99,99 %, tandis que pour une pression de 100 atmosphères la réflexion est de 99,98 %. In particular, in the case of nuclear power plant fuel rods, the reflective power of the enclosure / gas diopter is too great for such a sensor to be able to be used to detect variations in internal pressure. Indeed, for a pressure of 1 atmosphere, the reflection is 99.99%, while for a pressure of 100 atmospheres the reflection is 99.98%.

Le but de l'invention est donc de proposer un capteur qui est d'une sensibilité suffisante pour permettre de mesurer un paramètre physique relatif à l'intérieur d'une enceinte remplie d'un fluide, tout en étant non destructeur et susceptible d'être utilisé sur des milieux fortement sollicités dans le temps, tels que des coeurs de réacteurs de centrales nucléaires. The object of the invention is therefore to propose a sensor which is of sufficient sensitivity to allow a relative physical parameter to be measured inside an enclosure filled with a fluid, while being non-destructive and capable of be used on environments that are highly stressed over time, such as the hearts of nuclear power plant reactors.

L'invention propose quant à elle un capteur acoustique pour la mesure d'un paramètre physique sur une enceinte remplie d'un fluide, comportant un barreau pour la propagation des ondes acoustiques, des moyens pour coupler ce barreau et l'enceinte par l'intermédiaire d'une couche de couplage en un matériau fluide, des moyens piézoélectriques pour d'une part générer dans ce barreau un signal acoustique se propageant en direction de la couche de couplage et de l'enceinte et d'autre part détecter un signal acoustique de réponse se propageant en sens contraire dans le barreau, des moyens électriques qui sont reliés aux moyens piézo-électriques et qui permettent l'excitation desdits moyens piézo-électriques et l'analyse des signaux de réponse, caractérisé en ce que le barreau présente une épaisseur acoustique égale à kA/2 et en ce que les moyens de couplage du barreau permettent d'ajuster l'épaisseur de la couche de couplage de façon que son épaisseur acoustique corresponde à (2k' + 1)A/4, où k et k' sont des nombres entiers et où A est la longueur d'onde de résonance de l'empilement ainsi constitué et correspond au double de l'épaisseur acoustique de la paroi de 1 'enceinte.  The invention proposes an acoustic sensor for measuring a physical parameter on an enclosure filled with a fluid, comprising a bar for the propagation of acoustic waves, means for coupling this bar and the enclosure by through a coupling layer made of a fluid material, piezoelectric means for generating on the one hand an acoustic signal propagating in the direction of the coupling layer and the enclosure and on the other hand detecting an acoustic signal of response propagating in opposite directions in the bar, electrical means which are connected to the piezoelectric means and which allow the excitation of said piezoelectric means and the analysis of the response signals, characterized in that the bar has a acoustic thickness equal to kA / 2 and in that the bar coupling means make it possible to adjust the thickness of the coupling layer so that its acoustic thickness cor corresponds to (2k '+ 1) A / 4, where k and k' are whole numbers and where A is the resonance wavelength of the stack thus formed and corresponds to twice the acoustic thickness of the wall of the enclosure.

Les épaisseurs et impédances acoustiques des différentes couches de ce capteur sont ainsi adaptées de façon à lui conférer une sensibilité qui est considérablement accrue par rapport à celle des capteurs acoustiques de l'art antérieur. The thicknesses and acoustic impedances of the different layers of this sensor are thus adapted so as to give it a sensitivity which is considerably increased compared to that of the acoustic sensors of the prior art.

Ce capteur est placé contre l'enceinte pour le temps d'une mesure, puis retiré après acquisition. Il permet donc une mesure non destructive, qui permet de conserver l'intégrité de l'enceinte. This sensor is placed against the enclosure for the time of a measurement, then removed after acquisition. It therefore allows a non-destructive measurement, which allows the integrity of the enclosure to be preserved.

En outre, ce capteur offre l'avantage de pouvoir être réutilisé après une mesure sur d'autres enceintes que l'on cherche à expertiser. In addition, this sensor offers the advantage of being able to be reused after a measurement on other speakers that one seeks to assess.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description. Cette description est purement illustrative et non limitative. Other characteristics and advantages of the invention will also emerge from the description. This description is purely illustrative and not limiting.

Elle doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est une représentation schématique d'un capteur acoustique conforme à un mode de réalisation possible de l'invention appliqué sur la gaine d'un crayon combustible
- la figure 2 est un graphe sur lequel on a porté plusieurs courbes théoriques donnant l'amplitude du signal réfléchi en fonction de l'épaisseur acoustique de la ligne à retard du capteur de la figure 1, ces différentes courbes correspondant à différentes pressions internes de la gaine
- la figure 3 est un graphe sur lequel on a porté plusieurs courbes théoriques donnant l'amplitude du signal réfléchi en fonction de l'épaisseur acoustique de la couche de couplage du capteur de la figure 1, ces différentes courbes correspondant à différentes pressions internes de la gaine
- les figures 4a et 4b sont des exemples de courbes de réponse obtenues avec le capteur de la figure 1
- la figure 5 est un graphe sur lequel on a porté l'amplitude du signal acoustique réfléchi en fonction de la fréquence de ce signal, d'une part pour une pression interne de 10 atmosphères et d'autre part pour une pression interne de 100 atmosphères
- la figure 6 est un exemple de courbe d'étalonnage qui peut être utilisée pour la mesure d'une pression interne à l'aide du capteur de la figure 1
- les figures 7 et 8 sont des représentations semblables à celle de la figure 1 illustrant d'autres modes de réalisation possibles de l'invention.It should be read in conjunction with the accompanying drawings on which
- Figure 1 is a schematic representation of an acoustic sensor according to a possible embodiment of the invention applied to the sheath of a fuel rod
FIG. 2 is a graph on which several theoretical curves have been plotted giving the amplitude of the reflected signal as a function of the acoustic thickness of the delay line of the sensor of FIG. 1, these different curves corresponding to different internal pressures of sheath
FIG. 3 is a graph on which several theoretical curves have been plotted giving the amplitude of the reflected signal as a function of the acoustic thickness of the coupling layer of the sensor of FIG. 1, these different curves corresponding to different internal pressures of sheath
- Figures 4a and 4b are examples of response curves obtained with the sensor of Figure 1
- Figure 5 is a graph on which the amplitude of the reflected acoustic signal has been plotted as a function of the frequency of this signal, on the one hand for an internal pressure of 10 atmospheres and on the other hand for an internal pressure of 100 atmospheres
- Figure 6 is an example of a calibration curve that can be used for the measurement of an internal pressure using the sensor of Figure 1
- Figures 7 and 8 are representations similar to that of Figure 1 illustrating other possible embodiments of the invention.

On a représenté schématiquement sur la figure 1 un crayon combustible, qui comporte une gaine 1 renfermant un milieu gazeux 2 sous pression (Hélium), ainsi qu'un capteur C qui est conforme à un mode de réalisation possible de l'invention et qui permet la mesure de la pression de ce milieu gazeux 2. There is shown schematically in Figure 1 a fuel rod, which comprises a sheath 1 containing a gaseous medium 2 under pressure (Helium), as well as a sensor C which is in accordance with a possible embodiment of the invention and which allows measuring the pressure of this gaseous medium 2.

Ce capteur acoustique C comporte un transducteur piézoélectrique 5 porté par la face externe d'un barreau 4 dans lequel se propagent les ondes acoustiques. This acoustic sensor C comprises a piezoelectric transducer 5 carried by the external face of a bar 4 in which the acoustic waves propagate.

Le transducteur piézoélectrique 5 est relié à un analyseur 8 qui lui transmet des signaux électriques qu'il convertit en vibrations acoustiques et auquel il envoie en retour des signaux électriques qui correspondent aux ondes acoustiques réfléchies qu'il détecte. The piezoelectric transducer 5 is connected to an analyzer 8 which transmits electrical signals to it which it converts into acoustic vibrations and to which it sends in return electrical signals which correspond to the reflected acoustic waves which it detects.

Le barreau 4 présente une forme en arc de cylindre. Sa face interne entoure la gaine 1 sur environ 1/3 de sa périphérie et est séparé de ladite gaine 1 par une lame 6 de fluide qui sert de milieu de couplage. Un dioptre cylindrique est usiné sur la face interne de ce barreau 4, avec un rayon de courbure légèrement supérieur à celui de la gaine 1, de façon que la lame de fluide 6 soit d'une épaisseur relativement homogène. The bar 4 has a cylinder arc shape. Its internal face surrounds the sheath 1 over approximately 1/3 of its periphery and is separated from said sheath 1 by a blade 6 of fluid which serves as a coupling medium. A cylindrical diopter is machined on the internal face of this bar 4, with a radius of curvature slightly greater than that of the sheath 1, so that the fluid blade 6 is of a relatively uniform thickness.

La ligne à retard que constitue le barreau 4 est par exemple en verre, l'atténuation des ultrasons dans le domaine des basses fréquences étant dans ce matériau relativement faible. The delay line constituted by the bar 4 is for example made of glass, the attenuation of ultrasound in the low frequency range being in this material relatively weak.

Le fluide de couplage est par exemple de l'eau. Il est contenu dans le volume défini par la face interne usinée du barreau 4, la face externe de la gaine 1, et des cales 7 interposées entre ces deux faces. Ces cales 7 sont montées avec le barreau 4 sur un support mécanique qui comporte des moyens pour la fixation du capteur C sur la gaine 1. The coupling fluid is for example water. It is contained in the volume defined by the machined internal face of the bar 4, the external face of the sheath 1, and shims 7 interposed between these two faces. These wedges 7 are mounted with the bar 4 on a mechanical support which includes means for fixing the sensor C to the sheath 1.

Lorsque le capteur C est en place sur la gaine 1, ainsi qu'illustré sur la figure 1, on est alors en présence d'un empilement multicouche comportant des couches de forte impédance acoustique (barreau 4 et gaine 1) alternées avec des couches de faible impédance (milieu de couplage 6 et fluide 2 à l'intérieur de l'enceinte).  When the sensor C is in place on the sheath 1, as illustrated in FIG. 1, we are then in the presence of a multilayer stack comprising layers of high acoustic impedance (bar 4 and sheath 1) alternated with layers of low impedance (coupling medium 6 and fluid 2 inside the enclosure).

Conformément à l'invention, les épaisseurs acoustiques du barreau 4 et du milieu de couplage 6 sont choisies respectivement égales à kk/2 et (2k' + 1)x/4, où k et k' sont des nombres entiers et où X est la longueur d'onde de résonance X de l'empilement ainsi constitué et correspond au double de l'épaisseur acoustique de la gaine 1. In accordance with the invention, the acoustic thicknesses of the bar 4 and of the coupling medium 6 are chosen to be respectively equal to kk / 2 and (2k '+ 1) x / 4, where k and k' are whole numbers and where X is the resonance wavelength X of the stack thus formed and corresponds to twice the acoustic thickness of the sheath 1.

On dispose ainsi d'un empilement réflecteur qui constitue une structure multicouche équivalente à celle utilisée en optique notamment dans les systèmes Pérot
Fabry.There is thus a reflective stack which constitutes a multilayer structure equivalent to that used in optics in particular in Perot systems.
Fabry.

Les inventeurs ont vérifié que dans le domaine acoustique, ce type de structure permettait de considérablement accroître la sensibilité du pouvoir réflecteur de l'empilement des couches 1, 4, 6. The inventors have verified that in the acoustic field, this type of structure makes it possible to considerably increase the sensitivity of the reflective power of the stack of layers 1, 4, 6.

Sur la figure 2, on a porté l'amplitude du signal réfléchi en fonction de la variation relative de l'épaisseur acoustique de la ligne à retard constituée par le barreau 4 en verre (unité aléatoire) pour différentes pressions à l'intérieur d'une gaine 1 en zircaloy d'épaisseur nominale de 0,57 mm. Les ondes ultrasonores longitudinales se propagent dans la gaine 1 à la vitesse de 4770 m/s, ce qui correspond à une fréquence de résonance de l'ordre de 4,20 MHz. In FIG. 2, the amplitude of the reflected signal has been plotted as a function of the relative variation of the acoustic thickness of the delay line constituted by the glass rod 4 (random unit) for different pressures inside a zircaloy sheath 1 of nominal thickness of 0.57 mm. The longitudinal ultrasonic waves propagate in the sheath 1 at the speed of 4770 m / s, which corresponds to a resonance frequency of the order of 4.20 MHz.

A cette fréquence, la longueur d'onde dans le verre est de 1,45 mm. At this frequency, the wavelength in the glass is 1.45 mm.

L'épaisseur du film d'eau qui constitue le milieu de couplage 6 est ajusté de façon à correspondre à k/4, soit environ 90 ijm.  The thickness of the water film which constitutes the coupling medium 6 is adjusted so as to correspond to k / 4, that is to say approximately 90 μm.

Sur cette figure 2, la courbe P1 correspond à une pression interne de 10 atmosphères, la courbe P2 à une pression de 20 atmosphères, la courbe P3 à 40 atmosphères, la courbe P4 à 60 atmosphères, la courbe P5 à 80 atmosphères.  In this figure 2, the curve P1 corresponds to an internal pressure of 10 atmospheres, the curve P2 to a pressure of 20 atmospheres, the curve P3 to 40 atmospheres, the curve P4 to 60 atmospheres, the curve P5 to 80 atmospheres.

On constate effectivement sur cette figure 2 que pour des épaisseurs de barreau 4 correspondant à k'/2, les ondes résultantes réfléchies présentent une amplitude qui varie fortement avec la pression interne de la gaine 1. It can effectively be seen in this FIG. 2 that for the thicknesses of the bar 4 corresponding to k ′ / 2, the resulting reflected waves have an amplitude which varies greatly with the internal pressure of the sheath 1.

Ainsi que l'illustre la figure 3, la sensibilité de la mesure est également liée à l'ajustement de l'épaisseur acoustique du milieu de couplage. As illustrated in FIG. 3, the sensitivity of the measurement is also linked to the adjustment of the acoustic thickness of the coupling medium.

On a porté sur le graphe de cette figure 3 l'amplitude des ondes acoustiques réfléchies en fonction de l'épaisseur relative de la lame d'eau 6 (unité arbitraire) pour différentes pressions internes de la gaine 1 et pour une épaisseur du barreau 4 de 33,35 mm, c'est-à-dire une épaisseur acoustique de k/2, avec k'=46. The amplitude of the acoustic waves reflected as a function of the relative thickness of the water layer 6 (arbitrary unit) has been plotted on the graph of this figure 3 for different internal pressures of the sheath 1 and for a thickness of the bar 4 33.35 mm, i.e. an acoustic thickness of k / 2, with k '= 46.

Les courbes P1 à P'5 correspondent respectivement aux mêmes pressions internes que les courbes P1 à P5. The curves P1 to P'5 correspond respectively to the same internal pressures as the curves P1 to P5.

On constate sur ce graphe que pour une épaisseur relative de la couche 6 correspondant à k/4, les ondes résultantes réfléchies présentent une amplitude qui varie plus fortement avec la pression interne de la gaine 1. It can be seen in this graph that for a relative thickness of the layer 6 corresponding to k / 4, the resulting reflected waves have an amplitude which varies more strongly with the internal pressure of the sheath 1.

La partie électrique du capteur proposé par l'invention va maintenant être rapidement décrite. The electrical part of the sensor proposed by the invention will now be briefly described.

Le transducteur 5 est par exemple une pastille en oxyde de zinc ou nitrure d'aluminium pour des fréquences acoustiques élevées (jusqu'à 2 GHz) ou en niobate de lithium ou différentes autres céramiques pour des fréquences inférieures à 300 MHz. The transducer 5 is for example a pellet of zinc oxide or aluminum nitride for high acoustic frequencies (up to 2 GHz) or in lithium niobate or various other ceramics for frequencies below 300 MHz.

Dans le cas particulier de la mesure de pression dans les crayons combustibles, on choisit avantageusement une céramique pouvant fonctionner dans une bande de fréquence relativement large. In the particular case of pressure measurement in fuel rods, a ceramic is advantageously chosen which can operate in a relatively wide frequency band.

Le capteur piézoélectrique 5 est par exemple relié à l'analyseur 8 par des fils conducteurs appliqués sur chacune de ces deux faces à l'aide d'une colle diluée avec des particules d'aluminium ou d'argent. The piezoelectric sensor 5 is for example connected to the analyzer 8 by conductive wires applied to each of these two faces using an adhesive diluted with particles of aluminum or silver.

L'analyseur 8 est par exemple du type de ceux que l'on trouve actuellement dans le commerce pour l'analyse de réseaux et comporte un générateur de fréquences susceptible de balayer une gamme de fréquences allant de 300 KHz à 3 GHz. Il pourrait bien entendu également être réalisé à partir de composants spécifiques. The analyzer 8 is for example of the type that are currently found on the market for network analysis and comprises a frequency generator capable of scanning a range of frequencies from 300 KHz to 3 GHz. It could of course also be produced from specific components.

Des moyens électriques sont prévus pour l'adaptation de l'impédance électrique entre l'analyseur 8 et le transducteur 5 de façon que la sensibilité du capteur soit maximale à la fréquence de résonance, c'està-dire que la puissance échangée avec le capteur soit maximale. Electrical means are provided for adapting the electrical impedance between the analyzer 8 and the transducer 5 so that the sensitivity of the sensor is maximum at the resonant frequency, that is to say that the power exchanged with the sensor is maximum.

A cet effet, ces moyens d'adaptation rendent l'impédance électrique du transducteur 5 résistive et égale à l'impédance de sortie de l'analyseur 8 à la fréquence de résonance. To this end, these adaptation means make the electrical impedance of the transducer 5 resistive and equal to the output impedance of the analyzer 8 at the resonance frequency.

Ces moyens d'adaptation comportent des éléments self-inductifs et éventuellement capacitifs, qui sont montés entre le transducteur 5 et l'analyseur 8 de façon que les valeurs algébriques des tensions capacitives et inductives du circuit soient égales et de sens opposés. These adaptation means include self-inductive and possibly capacitive elements, which are mounted between the transducer 5 and the analyzer 8 so that the algebraic values of the capacitive and inductive voltages of the circuit are equal and in opposite directions.

L'analyseur 8 comporte des moyens pour l'affichage d'abaques de Schmit permettant de mesurer l'impédance électrique du capteur. The analyzer 8 includes means for displaying Schmit abacuses making it possible to measure the electrical impedance of the sensor.

Il comporte également des moyens pour l'affichage de l'amplitude du signal électrique en fonction de la fréquence de sortie du capteur. Il peut être utilisé en détection d'amplitude linéaire (représentation cartésienne ou logarithmique de la figure 4a), ou encore en détection de phase (graphe polaire de la figure 4b). It also includes means for displaying the amplitude of the electrical signal as a function of the output frequency of the sensor. It can be used in linear amplitude detection (Cartesian or logarithmic representation in Figure 4a), or in phase detection (polar graph in Figure 4b).

Les points d'amplitude minimum de ces réponses (points signalés par une flèche sur les figures 4a et 4b) correspondent à la fréquence de résonance et donnent l'amplitude du signal réfléchi. The minimum amplitude points of these responses (points indicated by an arrow in Figures 4a and 4b) correspond to the resonance frequency and give the amplitude of the reflected signal.

Ainsi qu'illustré sur la figure 5, les courbes de réponse en amplitude ainsi obtenues sont très sensibles aux variations de pression. As illustrated in FIG. 5, the amplitude response curves thus obtained are very sensitive to pressure variations.

Les deux courbes C1 et C2 représentées sur la figure 5 sont des courbes de réponse en amplitude obtenues respectivement pour une pression interne de 10 atmosphères et une pression interne de 100 atmosphères. The two curves C1 and C2 shown in FIG. 5 are amplitude response curves obtained respectively for an internal pressure of 10 atmospheres and an internal pressure of 100 atmospheres.

De façon générale, les premières mesures ont montrées que la réponse du capteur est très sensible à la variation de la pression du gaz : le gain varie de 20 à 30 dB pour une variation de pression de 70 atmosphères. In general, the first measurements showed that the response of the sensor is very sensitive to the variation of the gas pressure: the gain varies from 20 to 30 dB for a pressure variation of 70 atmospheres.

Il est donc possible, par exemple en utilisant des courbes d'étalonnage du type de celle illustrée sur la figure 6, de convertir l'amplitude du signal acoustique réfléchi pour obtenir la pression interne à l'intérieur de l'enceinte. It is therefore possible, for example using calibration curves of the type illustrated in FIG. 6, to convert the amplitude of the reflected acoustic signal to obtain the internal pressure inside the enclosure.

D'autres variantes de réalisation sont bien entendu envisageables. Other alternative embodiments are of course conceivable.

En particulier, la géométrie du capteur peut être adaptée en fonction de la géométrie de l'enceinte 1. Par exemple, ainsi qu'on la illustré sur la figure 7, dans le cas où l'enceinte 1 est à parois planes, la couche de couplage 6, le barreau 4 et le transducteur 5 seront également plans. In particular, the geometry of the sensor can be adapted as a function of the geometry of the enclosure 1. For example, as illustrated in FIG. 7, in the case where the enclosure 1 is with flat walls, the layer coupling 6, the bar 4 and the transducer 5 will also be planar.

En variante encore, ainsi qu'illustré sur la figure 8, il peut être prévu de monter autour de l'enceinte 1 deux capteurs du type de celui qui vient d'être décrit en référence à la figure 1, positionnés de façon symétrique de part et d'autre de ladite enceinte. Le signal envoyé à l'analyseur 8 par le transducteur 5a et reçu par le transducteur 5b est fonction du signal acoustique transmis dans le système. In another variant, as illustrated in FIG. 8, provision may be made to mount around the enclosure 1 two sensors of the type which have just been described with reference to FIG. 1, positioned symmetrically on the side and other of said enclosure. The signal sent to the analyzer 8 by the transducer 5a and received by the transducer 5b is a function of the acoustic signal transmitted in the system.

Le capteur selon l'invention peut en outre être utilisé pour d'autres applications que la mesure de pression, par exemple pour la mesure de la température du gaz à l'intérieur de l'enceinte 1 ou encore pour la mesure de proportion de mélanges de gaz dans le cas où l'enceinte 1 est en un matériau fortement poreux. The sensor according to the invention can also be used for applications other than pressure measurement, for example for measuring the temperature of the gas inside the enclosure 1 or also for measuring the proportion of mixtures gas in the case where the enclosure 1 is made of a highly porous material.

Le capteur selon l'invention peut également permettre de mesurer des paramètres physiques relatifs à l'enceinte 1 elle-même et par exemple de mesurer avec une grande précision l'épaisseur de sa paroi, ou de mesurer des propriétés mécaniques pour en déduire ses modules d'Young, son coefficient de Poisson, son module de cisaillement, etc... The sensor according to the invention can also make it possible to measure physical parameters relating to the enclosure 1 itself and for example to measure with great precision the thickness of its wall, or to measure mechanical properties to deduce its modules therefrom Young's, its Poisson's ratio, its shear modulus, etc ...

Egalement encore, dans le cas d'enceintes en matériaux composites anisotropes, poreux, plastiques, le capteur proposé par l'invention peut permettre de déterminer l'atténuation acoustique avec une grande précision, ce paramètre étant lié à la viscosité de ces matériaux ou à leur structure. Also also, in the case of anisotropic, porous, plastic composite enclosures, the sensor proposed by the invention can make it possible to determine the acoustic attenuation with great precision, this parameter being linked to the viscosity of these materials or to their structure.

Egalement encore, dans le cas où le fluide à l'intérieur de l'enceinte est un liquide, le capteur selon l'invention peut être utilisé pour mesurer avec une grande précision le niveau du liquide, lorsque l'enceinte est un réservoir optiquement opaque. Also again, in the case where the fluid inside the enclosure is a liquid, the sensor according to the invention can be used to measure with great precision the level of the liquid, when the enclosure is an optically opaque reservoir .

Dans une autre application également envisageable, le capteur proposé par l'invention peut être utilisé pour mesurer l'épaisseur et la nature d'un dépôt sur la face interne d'une enceinte, ce dépôt changeant l'impédance acoustique de cette dernière. In another application also conceivable, the sensor proposed by the invention can be used to measure the thickness and the nature of a deposit on the internal face of an enclosure, this deposit changing the acoustic impedance of the latter.

Le liquide couplant (eau) pouvant être remplacé suivant les applications par de l'alcool ou autre fluide de faible impédance acoustique.  The coupling liquid (water) can be replaced, depending on the applications, with alcohol or other fluid with low acoustic impedance.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Capteur acoustique pour la mesure d'un paramètre physique sur une enceinte (1) remplie d'un fluide, comportant un barreau (4) pour la propagation des ondes acoustiques, des moyens pour coupler ce barreau (4) et l'enceinte (1) par l'intermédiaire d'une couche de couplage (6) en un matériau fluide, des moyens piézoélectriques (5) pour d'une part générer dans ce barreau (4) un signal acoustique se propageant en direction de la couche de couplage (6) et de l'enceinte (1) et d'autre part détecter un signal acoustique de réponse se propageant en sens contraire dans le barreau (4), des moyens électriques (8) qui sont reliés aux moyens piézo-électriques et qui permettent l'excitation desdits moyens piézo-électriques et l'analyse des signaux de réponse, caractérisé en ce que le barreau (4) présente une épaisseur acoustique égale à kX/2 et en ce que les moyens de couplage du barreau (4) permettent d'ajuster l'épaisseur de la couche de couplage (6) de façon que son épaisseur acoustique corresponde à (2k' + 1)k/4, où k et k' sont des nombres entiers et où X est la longueur d'onde de résonance de l'empilement ainsi constitué et correspond au double de l'épaisseur acoustique de la paroi de l'enceinte (1).  1. Acoustic sensor for measuring a physical parameter on an enclosure (1) filled with a fluid, comprising a bar (4) for the propagation of acoustic waves, means for coupling this bar (4) and the enclosure (1) by means of a coupling layer (6) made of a fluid material, piezoelectric means (5) for on the one hand generating in this rod (4) an acoustic signal propagating in the direction of the layer of coupling (6) and of the enclosure (1) and on the other hand detecting an acoustic response signal propagating in opposite directions in the bar (4), electrical means (8) which are connected to the piezoelectric means and which allow the excitation of said piezoelectric means and the analysis of the response signals, characterized in that the bar (4) has an acoustic thickness equal to kX / 2 and in that the bar coupling means (4) allow the thickness of the coupling layer (6) to be adjusted so that its shoulder acoustic emitter corresponds to (2k '+ 1) k / 4, where k and k' are whole numbers and where X is the resonance wavelength of the stack thus formed and corresponds to twice the acoustic thickness of the wall of the enclosure (1). 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de couplage du barreau (4) permettent d'ajuster l'épaisseur de la couche de couplage (6) de façon que son épaisseur acoustique corresponde à k/4.  2. Sensor according to claim 1, characterized in that the coupling means of the bar (4) make it possible to adjust the thickness of the coupling layer (6) so that its acoustic thickness corresponds to k / 4. 3. Capteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour l'adaptation de l'impédance en sortie des moyens piézoélectriques (5). 3. Sensor according to one of claims 1 or 2, characterized in that it comprises means for adapting the impedance at the output of the piezoelectric means (5). 4. Capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau de la couche de couplage (6) est l'eau.  4. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the coupling layer (6) is water. 5. Capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le barreau (4) est en verre. 5. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the bar (4) is made of glass. 6. Capteur selon l'une des revendications précédentes pour la mesure d'un paramètre physique sur une enceinte (1) de forme cylindrique, caractérisé en ce que le barreau (4) présente une forme en arc de cylindre destinée à entourer l'enceinte (1) sur une partie de sa périphérie. 6. Sensor according to one of the preceding claims for the measurement of a physical parameter on an enclosure (1) of cylindrical shape, characterized in that the bar (4) has a cylindrical arc shape intended to surround the enclosure (1) over part of its periphery. 7. Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la face de couplage du barreau (4) est conformée avec un dioptre qui présente un rayon de courbure légèrement supérieur à celui de l'enceinte (1). 7. Sensor according to claim 6, characterized in that the coupling face of the bar (4) is shaped with a diopter which has a radius of curvature slightly greater than that of the enclosure (1). 8. Capteur caractérisé en ce qu'il comporte deux capteurs acoustiques (C) selon l'une des revendications précédentes destinés à être disposés de part et d'autre de 1 'enceinte.  8. Sensor characterized in that it comprises two acoustic sensors (C) according to one of the preceding claims intended to be arranged on either side of one enclosure. 9. Capteur pour la mesure de la pression interne dans une enceinte (1) renfermant un milieu gazeux (2), caractérisé en ce qu'il est constitué par un capteur (C) selon l'une des revendications précédentes. 9. Sensor for measuring the internal pressure in an enclosure (1) containing a gaseous medium (2), characterized in that it is constituted by a sensor (C) according to one of the preceding claims. 10. Utilisation d'un capteur selon l'une des revendications précédentes pour la mesure d'un paramètre physique sur une gaine de crayon combustible de coeur de centrale nucléaire.  10. Use of a sensor according to one of the preceding claims for measuring a physical parameter on a fuel rod core of a nuclear power plant.