EXTENDE

Dans cette page des échos générés par des Trous à Fond Plat (TFP) à différentes profondeurs et avec différents capteurs au contact sont étudiés. L’interaction entre le faisceau et le TFP est simulée par le modèle de Kirchhoff.

Ensuite les échos générés par des TG et TFP ont été comparés en incidence spéculaire, en utilisant le modèle d’interaction SOV pour les TG et le modèle de Kirchhoff pour les TFP.

Trous à fond plat

Lors de l’étude des réponses de Trous à Fond Plat (TFP), les résultats simulés sont comparés à des courbes DGS/AVG de Krautkrämer dans un premier temps et à des données expérimentales issues de TFP inclinés à 45° dans un second temps.

Courbes DGS

Vue globale:

CAPTEURS CONTACT	2,0MHz 20*22mm	2,0MHz Ø24mm	4,0MHz 8*9mm
L0°		Traité
T45°	Traité
T60°	Traité		Traité

Configuration

Les courbes DGS (Distance Gain Size – en anglais) ou AVG (Abstand Verstaerkung Gröesse – en allemand) du fabricant (Krautkrämer) sont comparées aux données simulées pour quelques capteurs. Pour chaque diamètre de TFP, une maquette contenant 11 TFP à différentes profondeurs a été modélisée :

Pour chaque trou l’amplitude maximale de l’écho spéculaire est mesurée relativement à un trou d’étalonnage. Le modèle d’interaction utilisé est le modèle de Kirchhoff, celui-ci étant adapté aux échos spéculaires.

Les capteurs au contact suivants ont été étudiés :

Fréquence	Pastille	Mode	Défaut d’étalonnage	Profondeur d’étalonnage
2,0MHz	20*22mm	T45°	Ø3mm TFP	80mm
	20*22mm	T60°	Ø1,5mm TFP	200mm
	Ø24mm	L0°	reflecteur infini	100mm
4,0MHz	8*9mm	T60°	Ø0,5mm TFP	30mm

Cliquer sur les dimensions de la pastille pour accéder aux résultats.


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Résultats

Capteur T45° au contact mono-élément à 2,0MHz de 20*22mm

Pour le capteur au contact de 20*22mm à 2MHz, l’inspection est réalisée avec le mode T45°. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,0MHz, une bande passante de 41% et une phase de 75°.
Les résultats sont étalonnés par rapport au TFP de Ø3mm à 100mm de profondeur.

Un bon accord et observable avec souvent moins de 2dB d’écart.

Capteur T60° au contact mono-élément à 2,0MHz de 20*22mm

Pour le capteur au contact de 20*22mm à 2MHz, l’inspection est réalisée avec le mode T60°. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,0MHz, une bande passante de 40% et une phase de 0°.
La profondeur focale acoustique est de 36mm, déduite du faisceau simulé illustré ci-dessous, ce qui correspond à une distance de 63mm.

Les résultats sont étalonnés par rapport au TFP de Ø1.5mm à 200mm de profondeur à la valeur de -44,5dB.

Les courbes montrent un bon accord entre simulation et expérience pour des TFP plus profond que la profondeur focale. Pour les TFP moins profonds, Civa surestime l’écho : par exemple, l’écart est autour de 5dB pour les TFP de Ø6mm, Ø8mm et Ø12mm.

Capteur L0° au contact mono-élément à 2,0MHz de 24mm

Pour le capteur au contact de Ø24mm à 2MHz, l’inspection est réalisée avec le mode L0°. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,0MHz, une bande passante de 59% et une phase de 0°.
La profondeur focale acoustique est de 51mm, déduite du faisceau simulé illustré ci-dessous.

Les résultats sont étalonnés par rapport à un réflecteur infini à 100mm de profondeur.

Un très bon accord est obtenu pour l’inspection en L0°. Civa estime les échos de TFP avec moins de 1dB d’écart par rapport aux données Krautkrämer. Il est à noter que tous les TFP de cette configuration sont plus profonds que le point focal.

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Capteur T60° au contact mono-élément à 4,0MHz de 8*9mm

Pour le capteur au contact de 8*9mm à 4MHz, l’inspection est réalisée avec le mode T60°. Le signal d’entrée a une fréquence de 4,0MHz, une bande passante de 42% et une phase de 151°.
La profondeur focale acoustique est de 12mm, déduite du faisceau simulé illustré ci-dessous, ce qui correspond à une distance de 21mm.

Les résultats sont étalonnés par rapport au TFP de Ø0,5mm à 30mm de distance à la valeur de -39dB.

Les données simulées par Civa sont proches des données Krautkrämer, avec moins de 2dB d’écart pour les TFP plus profonds que le point focal. Pour les TFP moins profonds, Civa surestime les échos de 2dB sur les petits (Ø0,5mm) et grands (Ø10mm) TFP et jusqu’à 8dB pour les TFP de dimensions moyennes (Ø4mm).

Conclusion

Pour chaque diamètre de TFP, un bon accord est observable pour les amplitudes des échos de TFP en champ lointain, où l’amplitude de l’écho spéculaire décroit linéairement avec la profondeur sur les courbes ; mais des écarts sont présents pour les TFP de grand diamètre à faible profondeur.


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Données expérimentales pour des TFP inclinés à 45°

Vue globale :

CAPTEURS CONTACT	2,0MHz 20*22mm	2,0MHz Ø12,7mm	2,25MHz Ø12,7mm
L45°			Traité
T45°	Traité	Traité

Configuration

Des mesures expérimentales ont été réalisées en ondes T45° et L45° sur une pièce de surface plane contenant une série de TFP de diamètres Ø1mm, 3mm et 6mm à différentes profondeurs (de 5 à 60mm par pas de 5mm puis à 80, 100, 125 et 150mm) et inclinés de 45°. La pièce et les défauts sont représentés ci-dessous.

Pour chaque capteur une inspection est réalisée sur la surface du bloc et un C-scan est obtenu. Sur l’image C-scan suivante correspondant aux TFP de Ø6mm, l’écho de fond a été masqué de manière à mettre en avant les échos de TFP. Cependant, sur l’image B-scan suivante extraite une sur ligne, on visualise les échos de TFP et l’écho de fond.

Pour chaque trou l’amplitude maximale de l’écho spéculaire est mesurée relativement à un trou d’étalonnage. Le modèle d’interaction utilisé est le modèle de Kirchhoff, celui-ci étant adapté aux échos spéculaires.

Les capteurs au contact suivants ont été étudiés :

Fréquence	Pastille	Mode	Défaut d’étalonnage	Profondeur d’étalonnage
2,0MHz	20*22mm	T45°	TFP de Ø3mm	80mm
	Ø12,7mm	T45°	TG de Ø2mm	20mm
2,25MHz	Ø12,7mm	P45°	TG de Ø2mm	8mm

Cliquer sur les dimensions de la pastille pour accéder aux résultats.


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Résultats

L’amplitude maximale de l’écho spéculaire sur le TFP est estimée relativement à un réflecteur d’étalonnage. Les courbes DGS suivantes sont affichées pour tous les capteurs à partir de données simulées, mesurées ou issues de la littérature. Les résultats présentent un bon accord dans la plupart des cas :

Capteur T45° au contact mono-élément à 2,0MHz de 20*22mm

Pour le capteur au contact de 20*22mm à 2MHz, l’inspection est réalisée avec le mode T45°. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,0MHz, une bande passante de 41% et une phase de 75°.
Les résultats sont étalonnés par rapport au TFP de Ø3mm à 80mm de profondeur.

Un bon accord est observable avec généralement moins de 2dB d’écart. Pour les trous petits et profonds, Civa sous-estime légèrement l’amplitude des échos. Les courbes expérimentales représentant les amplitudes relatives des échos de TFP en fonction de leur profondeur sont moins lisses que les courbes simulées mais présentent quand même un bon accord.

Capteur T45° au contact mono-élément à 2,0MHz de Ø12,7mm

Pour le capteur au contact circulaire de Ø12,7mm à 2MHz, l’inspection est réalisée avec le mode T45°. Le signal d’entrée est l’opposé d’un écho spéculaire direct obtenu expérimentalement en ondes L45° sur un TFP de Ø3mm incliné de 45° à 30mm de profondeur.
Les résultats sont étalonnés par rapport au TG de Ø2mm à 20mm de profondeur inspectés dans un autre bloc en ondes T45°.

Bien que les courbes simulées par Civa soient plus lisses, un bon accord est observable entre simulation et mesure pour les TFP de Ø1mm et de Ø6mm. Civa surestime l’écho des TFP de Ø3mm profonds, de 2dB à 60mm à 6dB à 150mm.

En plus du bon accord mesure / simulation obtenu pour les amplitudes, un très bon accord est obtenu pour les formes des échos.
Sur les courbes suivantes, les échos spéculaires directs simulés (rouge) et mesurés (noir) sont superposés pour plusieurs TFP de Ø6mm à différentes profondeurs inspectés avec ce capteur T45° au contact de Ø12,7mm à 2MHz.

Capteur L45° au contact mono-élément à 2,25MHz de Ø12,7mm

Pour le capteur au contact circulaire de Ø12,7mm à 2,25MHz, l’inspection est réalisée avec le mode L45°. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,25MHz, une bande passante de 50% et une phase de 280°.
Les résultats sont étalonnés par rapport au TG de Ø2mm à 8mm de profondeur inspectés dans un autre bloc en ondes T45°.

Les courbes affichent un bon accord entre simulation et expérience avec moins de 2dB d’écart pour les 3 tailles de TFP. Les courbes expérimentales sont moins lisses que les courbes issues de la simulation.

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Conclusion

Globalement un bon accord est observable entre les résultats simulés utilisant le modèle de Kirchhoff et les résultats expérimentaux. Un très bon accord est également obtenu pour l’inspection en mode L0° sur le réflecteur infini. Cependant, quelques divergences entre simulation et expérience sont observées en champ proche.

Dans certains cas les courbes échodynamiques mesurées sur les TFP présentent des irrégularités. Ces irrégularités sont dues à une anisotropie de l’acier avec lequel la maquette est constituée. Des tests préliminaires (non présentés ici) montrent que les irrégularités s’accroissent avec la fréquence.

Une études basée sur la simulation est en cours afin d’évaluer l’effet de l’état de surface du TFP en fonction de la fréquence du capteur.


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Comparaison entre Trous Génératrice et Trous à Fond Plat

Configuration

De manière à réaliser cette comparaison, des mesures expérimentales ont été réalisées sur une pièce plane contenant trois TG (Ø2mm, 1,5mm et 1mm, extension 60mm), et un TFP (Ø3mm, inclinaison 45°) à 30mm de profondeur.

• Analyse d’amplitude : pour un capteur donné, on compare l’amplitude maximale mesurée et simulée de l’écho spéculaire des trois TG et du TFP. L’écho du TFP est utilisé comme référence pour les amplitudes. L’objectif de ces mesures est d’effectuer une validation expérimentale de la simulation des échos de TG en utilisant un TFP comme référence pour les amplitudes
• Analyse de A-scan : dans certains cas, les A-scans ont également été enregistrés, ce qui révèle la présence d’ondes rampantes autour des TG.

Les mesures ont été réalisées avec des capteurs mono-éléments et multi-éléments au contact en mode Pulse Echo. Voici les paramètres de ces capteurs :

Capteurs mono-éléments :

Fréquence	Pastille	Mode	Etalonnage
2,25MHz	Ø6,35mm	T45°	TFP de Ø3mm
	Ø12,7mm	L45°	TFP de Ø3mm
	Ø12,7mm	T45°	TFP de Ø3mm

Capteurs multi-éléments:

Fréquence	Eléments	Pitch	Angle du sabot (incidence)	Lois de retard
5MHz	20	0,7mm	21° (réfracté en L66° et T30°)	Déviation angulaire L45°

Cliquer sur les dimensions de la pastille pour accéder aux résultats.


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Analyse d’amplitude

Capteur T45° au contact mono-élément à 2,25MHz de Ø6,35mm

Pour le capteur au contact de Ø6,35mm à 2,25MHz, l’inspection est réalisée avec le mode T45°. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,25MHz, une bande passante de 44% et une phase de 147°.
La profondeur focale acoustique est de 3mm, déduite du faisceau simulé illustré ci-dessous.

Les résultats sont étalonnés par rapport au TFP de Ø3mm à 30mm de profondeur.

	Mesuré (dB)	Simulé (dB)	Ecart (dB)
TFP de Ø3mm	0	0	0
TG de Ø2mm	-3,1	-3,5	0,4
TG de Ø1,5mm	-5,0	-5,8	0,8
TG de Ø1mm	-7,7	-7,7	0,0

Capteur L45° au contact mono-élément à 2,25MHz de Ø12,7mm

Pour le capteur au contact de Ø12,7mm à 2,25MHz, l’inspection est réalisée avec le mode L45°. Le signal d’entrée a une fréquence de 2,25MHz, une bande passante de 50% et une phase de 280°.
La profondeur focale acoustique est de 8mm, déduite du faisceau simulé illustré ci-dessous.

Les résultats sont étalonnés par rapport au TFP de Ø3mm à 30mm de profondeur.

	Mesuré (dB)	Simulé (dB)	Ecart (dB)
TFP de Ø3mm	0	0	0
TG de Ø2mm	2,2	2,3	-0,1
TG de Ø1,5mm	1,3	1,4	-0,1
TG de Ø1mm	0,3	-0,6	0,9

Capteur T45° au contact mono-élément à 2,25MHz de Ø12,7mm

Pour le capteur au contact de Ø12,7mm à 2,25MHz, l’inspection est réalisée avec le mode T45°. Le signal d’entrée est l’opposé d’un écho spéculaire direct obtenu expérimentalement en ondes L45° sur un TFP de Ø3mm incliné de 45° à 30mm de profondeur.
La profondeur focale acoustique est de 17mm, déduite du faisceau simulé, illustré ci-dessous.

Les résultats sont étalonnés par rapport au TFP de Ø3mm à 30mm de profondeur.

	Mesuré (dB)	Simulé (dB)	Ecart (dB)
TFP de Ø3mm	0	0	0
TG de Ø2mm	-2,7	-2,4	-0,3
TG de Ø1,5mm	-3,9	-4,4	0,5
TG de Ø1mm	-5,6	-6,6	1,0

Capteur au contact multi-élément de 20 éléments de pitch 0,7mm

Pour le capteur multi-éléments au contact de pitch 0,7mm à 5,0MHz, 20 éléments sont actifs sur 48. L’inspection est réalisée avec le mode L45°. La loi de retard est une déviation simple en L45°.
La profondeur focale acoustique est de 20mm, déduite du faisceau simulé illustré ci-dessous.

Les résultats sont étalonnés par rapport au TFP de Ø3mm à 30mm de profondeur.

	Mesuré (dB)	Simulé (dB)	Ecart (dB)
TFP de Ø3mm	0	0	0
TG de Ø2mm	-3,2	-2,5	-0,7
TG de Ø1,5mm	-4,5	-3,8	-0,7
TG de Ø1mm	-5,8	-5,3	-0,5

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Analyse de A-scan

Une étude complémentaire concernant les A-scans des signaux issus d’un capteur mono-élément et du capteur multi-élément a été menée dans la configuration précédente.

Capteur au contact mono-élément circulaire de Ø6,35mm à 2,25MHz

Pour le capteur au contact de Ø6,35mm, les échos issus de tous les réflecteurs sont bien estimés.

Tous ces A-scans montrent un bon accord entre simulation et expérience.

Capteur au contact multi-élément de 20 éléments de pitch 0,7mm

Pour le capteur multi-éléments au contact, les échos issus de tous les réflecteurs sont également corrects.

Les A-scans correspondant aux échos spéculaires générés par les trous sont bien estimés par Civa.
De plus, les A-scans soulignent le fait qu’une onde rampante est présente pour l’écho du mode associé T. Cette onde rampante se propage le long de la circonférence du TG et crée un écho additionnel, qui est également correctement prédit.

Conclusion

Dans la plupart des cas, un bon accord est obtenu entre les amplitudes des réponses simulées et expérimentales de TG de différents diamètres relativement à la réponse spéculaire d’un TG (moins de 1dB de différence).


Selon le capteur et le mode utilisé (L ou T), l’écho expérimental direct des 3 TG est plus ou moins fort comparé à l’écho expérimental du TFP. Cette relation est bien reproduite en simulation. Dans la plupart des cas, la forme des échos simulés de TFP et de TG est très proche de l’écho expérimental à la fois pour les modes L45° et T45° (à partir du moment où le signal d’entrée est bien choisi).


L’onde rampante (cf A-scans obtenus sur un TG en mode T) est bien simulée dans tous les cas (les formes, temps de vol et amplitudes relatives des A-scans des échos de TG obtenus pour le mode T), même si certaines divergences se produisent sur le plus petit TG.

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