Comment évaluer les réflecteurs à l'aide de l'amplitude de l'écho ?
Étant donné que les nombreuses conditions de réflexion qui existent au niveau d'un réflecteur naturel dans un matériau ne peuvent jamais être interprétées clairement au moyen des ultrasons, on a recours à un substitut, le réflecteur équivalent. Avec le réflecteur équivalent, l'écho provenant d'une discontinuité peut être attribué à une source nette (le substitut) indépendamment de l'opérateur. Comme source de substitution, il est par exemple possible de prendre un réflecteur en forme de disque qui, s'il était positionné perpendiculairement à l'axe acoustique du faisceau sonore, délivrerait la même amplitude de signal que le réflecteur naturel inconnu. Cette corrélation est possible dans la mesure où les caractéristiques du réflecteur naturel sont similaires à celles d'une surface circulaire. C'est le cas pour toutes les discontinuités qui constituent de « petits réflecteurs », c'est-à-dire des réflecteurs qui ne dépassent pas les limites du faisceau sonore dans toutes les directions. Une caractéristique de comportement similaire à celle d'un disque est toujours présente avec un réflecteur ovale. L'exigence de positionnement du réflecteur sur l'axe du faisceau sonore est remplie dans le cas d'un test manuel. Pour ce faire, la sonde est déplacée jusqu'à obtenir la valeur maximale provenant du réflecteur. Le réflecteur est alors positionné sur l'axe acoustique. Avec un test automatique à chemins de test fixes, le fait qu'un réflecteur soit positionné sur l'axe acoustique du faisceau n'est dû qu'au hasard. Dans ce cas, on ne peut pas opérer simplement avec le réflecteur équivalent en forme de disque (taille du réflecteur équivalent = diamètre du disque) selon l'amplitude du signal (voir chapitre 13). Le modèle du réflecteur en forme de disque présente l'avantage de pouvoir être facilement utilisé pour des expériences et de convenir également aux solutions théoriques. Il est facile d'exprimer les lois des distances dans le champ lointain pour les réflecteurs en forme de disque dans le cadre d'un fonctionnement à une seule sonde : si la distance entre la sonde et le réflecteur augmente, la pression de l'impulsion sonore qui approche décroît proportionnellement à la distance (chapitre 8). La pression de l'impulsion sonore réfléchie diminue également jusqu'au récepteur proportionnellement à la distance z, c'est-à-dire que l'amplitude de l'écho est une fonction du carré de la distance z.
Comme la pression acoustique de l'impulsion réfléchie est une fonction de la surface du réflecteur, qui est le carré du diamètre d, l'amplitude de l'écho dans le champ lointain est proportionnelle au carré du diamètre (37).
Cette relation entre les cristaux en forme de disque (transducteurs) et les réflecteurs en forme de disque en fonction de la distance (D), du gain (G) et de la taille (S) est généralement applicable. Elle est donnée par le diagramme DGS (fig. 40). Pour obtenir une applicabilité générale, la taille du réflecteur est normalisée par (39)
(diamètre du réflecteur/diamètre du transducteur)
La distance z est exprimée par (40)
(distance dans le champ proche)
Pour éviter de convertir les valeurs normalisées en valeurs absolues, il est possible d'établir des diagrammes DGS spéciaux pour certaines sondes et certains matériaux, comme dans les fiches techniques des sondes Krautkrämer (ces diagrammes spéciaux ne s'appliquent qu'à une seule sonde et à un seul type de matériau). Ils représentent un extrait du diagramme général (fig. 41). Le test avec une échelle DGS est encore plus simple, car il ne nécessite aucun « travail d'écriture ». L'échelle représente un petit extrait d'un diagramme DGS spécial. Les courbes équivalentes des réflecteurs ne sont pas en double échelle logarithmique, mais en double échelle linéaire (fig. 42).
Naturellement, les diagrammes DGS ne sont pas uniquement élaborés pour des transducteurs et des réflecteurs en forme de disque. Il est également possible de les établir pour des réflecteurs rectangulaires ou cylindriques. Les diagrammes DGS ne se limitent pas au fonctionnement d'une seule sonde. Il existe des schémas pour les sondes TR (fig. 12) ainsi que pour le fonctionnement en tandem utilisant deux sondes (fig. 36). Avant d'utiliser un diagramme DGS ou une échelle, les données effectives (données réelles) de la sonde doivent être connues : diamètre Di et longueur du champ proche Ni.
Un exemple d'utilisation de diagramme DGS est donné dans le tableau suivant. Tout écho de fond optionnel est utilisé comme écho de référence et est défini à une hauteur de référence spécifique sur l'échelle CRT. On normalise la distance zW de la paroi à ZW et on trouve le point relatif sur la courbe de l'écho de fond (fig. 43). Le gain nécessaire pour régler l'écho de fond est VW.
Données préalables
nominales réelles
fs = 4 MHz fi = 3,90 MHz
cs = 5,920 km/s ci = 5,900 km/s
Ds = 20 mm Di = 19,0 mm
Ns = D2 . f/4. c Ni = 61 mm
Valeurs mesurées
zW = 165 mm (distance de la paroi de fond)
Vw = 46 dB
zR = 49 mm
VR = 62 dB
zW = zW/Ni = 165/61 = 2,7
zR = zR/Ni = 49/61 = 0,8
VR - Vw = 62 dB - 46 dB = 16 dB
Avec Zr et VR - Vw est conforme à la fig. 43
G = 0,2
d = G Di = 0,2 * 19 mm = 3,8 mm (diamètre du réflecteur)
Le réflecteur apparaît à la distance zR, qui sera normalisée à ZR. Pour mesurer la différence d'amplitude entre l'écho du réflecteur et l'écho de fond, l'écho du réflecteur est porté au niveau de référence choisi. Le gain nécessaire pour y parvenir peut être VR. L'amplitude de l'écho du réflecteur est alors inférieure de VR - VW à l'amplitude de l'écho de fond. En utilisant la distance du réflecteur ZR et la différence d'amplitude, on peut déterminer que le diamètre équivalent relatif du réflecteur est de 0,2. En multipliant ce chiffre par le diamètre réel du transducteur Di, on obtient le diamètre du réflecteur recherché, soit 3,8 mm. La normalisation des distances et des tailles équivalentes des réflecteurs n'est évidemment pas nécessaire pour les échelles et les diagrammes DGS spéciaux. Toutefois, si la sonde s'écarte trop de ses données nominales (spécifications), il n'est plus possible d'utiliser les échelles et diagrammes spéciaux, contrairement aux diagrammes généraux qui peuvent toujours être utilisés avec les données réelles. Dans le présent exemple, on suppose que le matériau ne présente aucune atténuation notable. Cette hypothèse doit être vérifiée avant d'effectuer les mesures. Si l'atténuation sonore ne peut être ignorée, les corrections suivantes sont requises :
coefficient d'atténuation [?, (dB/m) = VW - 2 ß • zw VR' = VR - 2 ß • ZR Avec ces quantités VW' et VR on procède comme avec VW et VR.
Les détecteurs de défauts par ultrasons numériques modernes utilisent des programmes DGS spéciaux pour évaluer l'écho des discontinuités. Les paramètres réels de la sonde sont saisis dans le menu ou, dans le cas des sondes de dialogue, sont lus automatiquement par l'instrument numérique lui-même. Les courbes DGS correspondantes sont affichées directement sur l'écran numérique. Les calculs sont effectués par l'instrument numérique et les résultats sont également affichés à l'écran.