EXTENDE

Afin de simuler les inspections réalisées expérimentalement, il est nécessaire que l’utilisateur de Civa renseigne le signal d’entrée pour le module « Réponse Défaut ». De plus, comme la transduction électro-acoustique n’est pas prise en compte par le logiciel, il faut réaliser un étalonnage de manière à pouvoir comparer les amplitudes des signaux expérimentaux et des signaux simulés par Civa.

Cette page traite de :

• Le signal d’entrée dans Civa
• L’amplitude de référence
• Le réflecteur-étalon

Les utilisateurs de Civa trouveront également dans cette page des « informations pratiques » concernant le signal d’entrée, l’échantillonnage du signal d’entrée et la référence pour l’étalonnage de l’amplitude.


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Le signal d’entrée dans Civa

Dans le module « Réponse Défaut », le signal d’entrée correspond théoriquement à la dérivée temporelle seconde de la vitesse particulaire acoustique normale à la surface de la pastille (pour plus d’informations à propos de cette notion, contacter l’équipe support).
Mais, la vitesse particulaire acoustique n’étant pas facile à déterminer, nous proposons ci-dessous des méthodes simples pour obtenir ce signal d’entrée.

Dans Civa, le signal d’entrée peut être chargé à partir d’un fichier texte (obtenu expérimentalement sur un écho d’étalonnage) ou défini dans Civa en tant que signal paramétrique (défini par quelques paramètres en supposant une distribution de fréquence de type Hanning ou gaussienne).

• Dans le cas d’un signal d’entrée paramétrique, la fréquence centrale, la bande passante et la phase du signal d’entrée doivent être renseignées par l’utilisateur, et nous proposons deux méthodes détaillées pour leur détermination.
• Dans le cas d’un signal d’entrée expérimental (fichier texte externe), nous expliquerons sur quels réflecteurs enregistrer le signal étalon.

Ceci va être illustré sur un exemple : la détermination du signal d’entrée pour une inspection en T45° réalisée avec un capteur en immersion (plan, Ø6,35mm, 2,24MHz, hauteur d’eau 25mm).

Information pratique concernant le signal d’entrée
Pour accéder au signal d’entrée dans Civa, il faut ouvrir l’onglet « Signal » du panneau « Traducteur ».

• Si les données fabricant sont disponibles ou si un signal paramétrique est utilisé comme signal d’entrée, cliquer sur le bouton « Editer signal en signal de référence » et une nouvelle fenêtre apparaît où l’on peut définir la forme d’onde, la phase et l’échantillonnage du signal d’entrée.
• Si l’écho spéculaire provenant d’un réflecteur-étalon est enregistré en tant que fichier texte, il doit être chargé en cliquant sur le bouton « Charger fichier (ascan/txt) ».

Signal d’entrée paramétrique

Le but de ce paragraphe est de répondre à la question suivante :
Comment détermine-t-on la fréquence centrale , la bande passante et la phase du signal d’entrée ?

Deux méthodes seront développées pour la fréquence et la bande passante. Elles seront suivies par des informations sur la phase et l’échantillonnage du signal d’entrée.

• Première méthode : à partir des données fabricant
• Seconde méthode : à partir de l’écho expérimental d’un réflecteur de référence
• Comment déterminer la phase du signal d’entrée
• Informations pratiques concernant l’échantillonnage du signal d’entrée

Première méthode : à partir des données fabricant
Si disponibles, les données capteur fournies par le fabricant (fréquence centrale (fc) et bande passante (BP)) sont souvent suffisantes pour définir le signal de référence en terme de forme d’onde. Dans ce cas la phase peut être fixée à 0° par exemple dans un premier temps.

Seconde méthode : à partir de l’écho expérimental d’un réflecteur de référence
La fréquence centrale et la bande passante du signal d’entrée peuvent être déduites directement de l’écho expérimental sur un réflecteur-étalon.

Dans notre exemple, cet écho expérimental provient d’un trou génératrice (TG) de Ø2mm positionné à 4mm de profondeur. Le F-scan de cet écho est utilisé pour déterminer les paramètres du signal d’entrée :

(Gauche) A-scan de l’écho associé au TG de Ø2mm à 4mm, (Centre et Droite) F-scan de cet écho

La fréquence centrale du signal d’entrée est ainsi de 2,24MHz et la bande passante est de 61%.

Sur la figure suivante, on remarque un bon accord concernant l’amplitude des TG à différentes profondeurs entre les signaux mesurés et les signaux simulés par Civa (écart de moins de 2dB).

Comparaison des réponses mesurées (noir) et simulées (rouge) de TG de Ø2mm à différentes profondeurs (de 4 à 60mm par pas de 4mm).
Signal d’entrée : fc = 2,24MHz, BP = 61% et phase = 0°.

Comment déterminer la phase du signal d’entrée
L’inspection ne requiert en principe que l’enveloppe du signal d’entrée. Mais si la phase est nécessaire, notamment pour comparer l’allure des A-scans expérimentaux et simulés, elle peut être ajustée : la procédure consiste à simuler différentes valeurs de phase du signal d’entrée et à choisir celle qui permet d’obtenir après simulation sur le réflecteur-étalon le A-scan le plus proche du A-scan expérimental.
Pour plus d’informations concernant la phase obtenue après simulation sur un Tg ou un trou à fond plat (TFP), contacter l’équipe support.

Dans notre exemple, le réflecteur-étalon est un TG de Ø2mm positionné à 4mm de profondeur. Nous simulons avec Civa la réponse sur ce trou étalon pour différents signaux d’entrée, de fréquence centrale 2,24MHz et de bande passante 61% fixées mais de phase variable (0°, 280°, 300° et 320°). Les réponses sont comparées à la réponse mesurée expérimentalement.

Superposition des A-scan mesurés (noir) et simulés avec Civa (rouge) pour 4 valeurs de phase (0°, 280°, 280° et 320°) sur un TG de Ø2mm à 4mm de profondeur.

Le A-scan simulé obtenu pour une phase de 300° semble être le plus proche du A-scan mesuré : cette valeur de 300° est retenue.

Avec ce signal d’entrée (fc = 2,24MHz, BP = 61% and phase = 300°), les amplitudes mesurées et simulées avec Civa sur des TG à différentes profondeurs présentent également un bon accord (comme indiqué précédemment, la phase n’a pas une grande influence, elle n’est utile que pour la comparaison des A-scans simulés et expérimentaux).

Comparaison des réponses mesurées (noir) et simulées (rouge) de TG de Ø2mm à différentes profondeurs (de 4 à 60mm par pas de 4mm).
Signal d’entrée : fc = 2,24MHz, BP = 61% et phase = 300°.

Informations pratiques à propos de l’échantillonnage du signal d’entrée
Le signal d’entrée est discrétisé pour être utilisé par Civa. La fréquence d’échantillonnage du signal d’entrée doit être d’au moins 25 fois la fréquence centrale. Ensuite, il faut définir un nombre de points suffisamment important pour que le signal soit proche de zéro aux deux extrémités, comme sur l’image suivante.

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Signal d’entrée expérimental

Dans le module « Réponse défaut », comme dit précédemment, le signal d’entrée doit correspondre à la dérivée temporelle seconde de la vitesse particulaire acoustique. Il peut être montré (contacter l’équipe support pour plus de détails) que dans la plupart des cas d’inspection le signal d’entrée correct peut être déduit avec une bonne approximation de l’écho mesuré sur un réflecteur-étalon.

Dans notre exemple, le signal d’entrée expérimental que nous avons choisi est l’écho spéculaire d’un TG de Ø2mm positionné à 4mm de profondeur. Cet écho spéculaire est représenté sur la figure suivante (seul l’écho spéculaire est utilisé comme signal d’entrée, la contribution due à l’onde rampante doit être négligée) :

(Gauche) Echo mesuré sur un TG de Ø2mm SDH à 4mm de profondeur, (Droite) Contribution spéculaire de cet écho (partie utilisée comme signal d’entrée).

Les amplitudes des échos de TG à différentes profondeurs expérimentaux et simulés présentent toujours un bon accord avec ce signal d’entrée expérimental, visible sur la figure ci-dessous.

Comparaison des réponses mesurées (noir) et simulées (rouge) de TG de Ø2mm à différentes profondeurs (de 4 à 60mm par pas de 4mm).
Signal d’entrée expérimental.

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L’amplitude de référence

Afin de comparer les amplitudes mesurées et simulées avec Civa, l’utilisateur doit définir une référence en amplitude qui est l’écho obtenu sur un réflecteur-étalon, comme dans le cas de procédures d’inspection réelles. En effet, pour le module « Réponse Défaut », un étalonnage de l’amplitude sur un réflecteur de référence permet de s’affranchir de la transduction électro-acoustique qui n’est pas modélisée par Civa. En effet, l’amplitude absolue des échos simulés par Civa ne peut pas représenter directement l’amplitude reçue par le capteur, étant donné que l’ensemble de la chaîne d’acquisition (alimentation électrique, câble, effet piézo-électrique, etc) n’est pas pris en compte. C’est pourquoi les amplitudes simulées par le module « Réponse Défaut » de Civa doivent être considérées relativement à un réflecteur-étalon : l’utilisateur peut alors considérer pour un défaut inspecté une amplitude relative qui est le rapport entre l’amplitude du défaut courant et l’amplitude de l’écho de référence.
Cette amplitude relative correspond physiquement au rapport entre les signaux électriques reçus pour les défauts courant et étalon. La valeur de ce rapport est également mesurable expérimentalement et peut permettre des comparaisons entre simulation et expérience.
N’hésitez pas à demander à l’équipe support des informations complémentaires sur l’étalonnage.

Informations pratiques à propos de l’amplitude de référence
Dans le module « Réponse Défaut », Civa propose 3 manières de définir la référence à 0dB dans l’onglet « Etalonnage » du menu « Paramètres de calcul » :

• Sans : la valeur de référence est le plus fort écho de la simulation. On peut par exemple définir le défaut de référence dans la configuration et comparer son amplitude directement aux autres échos. Cependant la valeur 0dB sera associée à l’écho le plus fort qui n’est pas forcément celui associé au défaut-étalon.
• Manuel : Civa demande dans ce cas une valeur en points, l’unité arbitraire des amplitudes absolues pour Civa. Il est conseillé de lancer une simulation comportant le réflecteur-étalon, de noter l’amplitude correspondant en points (à partir du A-scan ou du menu « information ») et de l’utiliser dans l’onglet étalonnage comme valeur de référence pour les autres simulations.
• Simulation : Civa permet de lancer une pré-simulation de manière à calculer l’amplitude de l’écho associé à un défaut dans un bloc d’étalonnage, puis d’utiliser automatiquement cette valeur comme référence à 0dB. Dans Civa 10 cette option est réservée aux capteurs mono-éléments.

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Le réflecteur-étalon

Afin de fournir un signal de référence fiable, le réflecteur-étalon doit respecter certains critères :

• réfléchir le faisceau de manière spéculaire ou pseudo-spéculaire
• être localisé en champ lointain pour un capteur non focalisé
• être localisé dans la zone focale ou plus loin pour un capteur focalisé
• être éclairé par le faisceau ultrasonore pendant un intervalle de temps limité
• être suffisamment large (nombre d’onde.rayon = k.a>1,5 pour un TFP, 1,5<k.a<20 pour un TG).

Dès que ces critères sont respectés et que les signaux sont fiables dans une configuration d’inspection réelle (répétabilité…), différents types de défauts (TG, TFP, écho de surface…) et différents modes de contrôle (L0°, T45°…) peuvent être considérés. Dans le module Civa « Réponse Défaut », des TG de Ø2mm ou Ø3mm sont couramment utilisés puisque 1,5<k.a<20 dès que la fréquence est supérieure à 1MHz.


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