Le nom de « capteur absolu » provient du fait que la valeur absolue de la tension induite dans la bobine d’essai est mesurée. Le signal d’un objet testé sans défaut ou d’une bobine vide est superposé au signal d’un défaut ou d’une modification des propriétés de l’objet testé. Le signal d’essai n’est donc pas seulement influencé par les défauts, mais aussi par les propriétés du matériau de l’échantillon et les conditions environnementales. Par exemple, si le capteur s’échauffe pendant le fonctionnement, sa résistance électrique change et la valeur absolue de la tension induite commence à « migrer » (dérive). C’est le principal inconvénient de ces systèmes de capteurs. Pour supprimer ce type de perturbations et d’autres, une bobine de compensation supplémentaire est souvent intercalée. Celle-ci doit être placée de manière à ce qu’il n’y ait pas d’interaction avec l’échantillon, mais que les influences environnementales soient efficacement supprimées.
Si l’on ne veut afficher que les variations de la valeur mesurée dues aux propriétés différentes de l’échantillon, la valeur absolue doit être compensée jusqu’à cette variation. Le moyen le plus simple d’y parvenir est la méthode dite de comparaison. Pour cela, on utilise deux capteurs absolus aussi identiques que possible, qui sont connectés l’un à l’autre (comme deux batteries identiques reliées par leurs pôles négatifs). La somme des deux tensions partielles est égale à zéro si les deux bobines contiennent des échantillons aux caractéristiques identiques. Dans ce cas, les deux bobines fournissent des signaux de mesure identiques, qui s’annulent mutuellement grâce au circuit électrique.
Un tel système de bobine est appelé système différentiel avec comparaison avec d’autres. Dans ce système, l’objet à contrôler est comparé à un échantillon de qualité prédéfinie, l' »étalon de contrôle ». Une indication n’est donnée que si les caractéristiques de l’objet à contrôler diffèrent de celles de l’étalon. Une différence de 1 % ne peut remplir toute l’échelle d’affichage que si la sensibilité de l’instrument est appropriée. Pour obtenir des résultats de mesure reproductibles à chaque fois que l’instrument est réglé sur une valeur donnée, il est utile de marquer les capteurs de manière à ce que le même capteur soit toujours utilisé comme « capteur de référence ».
La bande passante est un paramètre élémentaire dans le traitement du signal. Elle décrit la largeur du spectre de fréquences, c’est-à-dire les parties de fréquences contenues dans un signal.
La largeur de bande est caractérisée par une fréquence de coupure inférieure et une fréquence de coupure supérieure. La fréquence de coupure supérieure est limitée de manière interne à l’appareil par le comportement d’atténuation du système. La bande passante inférieure peut très bien être nulle. Dans ce cas, la bande passante est égale à la fréquence de coupure supérieure. On utilise généralement le critère de 3 dB, qui correspond à une chute de l’amplitude du signal à environ 71 %.
Remarque : La bande passante maximale est une caractéristique importante des systèmes de contrôle par courants de Foucault et ne doit pas être confondue avec la plage de fréquences de contrôle disponible. Elle se rapporte au spectre de fréquences du signal à courants de Foucault démodulé et peut être limitée de manière ciblée aux exigences spécifiques de l’application par des réglages de filtre (filtre passe-haut > fréquence limite inférieure ou filtre passe-bas > fréquence limite supérieure). De cette manière, les signaux parasites peuvent être atténués ou éliminés si leur spectre de fréquence diffère nettement de celui des signaux d’intérêt (par exemple, les indications de fissures).
Un filtre passe-bande résulte de la combinaison d’un filtre passe-bas et d’un filtre passe-haut. Cela signifie que seul un segment de fréquence moyenne, contenant uniquement les signaux d’intérêt, est laissé passer sans être affecté. Seuls les signaux parasites de basse et de haute fréquence sont supprimés.
Pour les filtres passe-bande, une fréquence de coupure inférieure et une fréquence de coupure supérieure doivent être réglées (voir largeur de bande).
Dans le contrôle par courants de Foucault, les filtres passe-bande permettent par exemple d’atténuer ou d’éliminer les variations de conductivité, les variations géométriques, les signaux de distance (lift-off) ainsi que les interférences électromagnétiques à haute fréquence et les bruits électroniques des appareils.
Il convient de noter que le spectre de fréquence des signaux parasites et des signaux d’intérêt dépend à la fois de la vitesse de test actuelle et du type et de la géométrie du capteur utilisé :
1) Plus la vitesse de test est élevée et plus la largeur d’action de la bobine est petite, plus la fréquence des signaux est élevée (> « impulsions plus courtes »).
2) Pour des vitesses de test faibles et pour des dimensions de bobines relativement importantes, les fréquences des signaux sont réduites en conséquence (> « impulsions plus longues »).
L’utilisation d’un filtre passe-bande est également appelée test « dynamique », car le spectre de fréquence du signal démodulé ne contient que des composantes variables (dynamiques) (par exemple, dans les applications à rotor). Cela signifie que le point du signal revient toujours à l’origine des coordonnées, même si le capteur n’est pas déplacé.
Dans un système de capteurs différentiels, on utilise le même agencement de bobines que dans la méthode de comparaison avec d’autres, mais les bobines sont disposées de telle sorte qu’un point de l’échantillon est comparé à un autre point du même échantillon situé à une faible distance.
Dans cette configuration, l’échantillon est comparé à lui-même. Comme on peut supposer que l’alliage et la structure ne changent pas ou très peu en fonction de la faible distance entre les deux bobines réceptrices, seuls les défauts soudains ou autres inhomogénéités du matériau seront indiqués de cette manière.
Cette méthode permet donc de détecter principalement des défauts de matériau localisés (par exemple des fissures), tandis que les modifications des propriétés de la pièce, qui se produisent en continu sur toute la longueur, sont largement compensées.
L’inconvénient de cette configuration est la dépendance directionnelle du capteur. Alors que les défauts allongés (fissures) qui sont transversaux aux deux bobines de réception sont bien détectés (car seule une des deux bobines de réception est affectée), ces défauts ne sont plus détectés ou seulement de manière très limitée dès qu’ils sont longitudinaux (les défauts allongés couvrent maintenant les deux bobines de réception simultanément). Un arrangement multiple de bobines réceptrices (appelé arrangement multi-différentiel) peut aider à résoudre ce problème. Cependant, ce type de dispositif possède toujours des directions préférentielles, c’est-à-dire que les défauts dans certaines orientations ne sont détectés que de manière limitée.
On distingue principalement deux groupes principaux de capteurs : les capteurs de passage et les capteurs tactiles. Les capteurs de passage sont divisés en deux catégories : Le capteur à passage externe, qui entoure l’objet à tester et est guidé à travers celui-ci (par ex. test de barre avec des bobines de test complètes) et le capteur à passage interne, qui est entouré par l’objet à tester, c’est-à-dire que le capteur est guidé à travers l’objet à tester (par ex. pour le test de tube interne). Les capteurs à passage continu détectent toujours une section circonférentielle complète de l’objet testé, à l’extérieur ou à l’intérieur.
Le contrôle par courants de Foucault est en principe considéré comme une méthode de contrôle de surface. En raison du procédé, les courants de Foucault induits se concentrent sur une couche plus ou moins fine proche de la surface. Les courants de Foucault les plus forts circulent directement à la surface. C’est pourquoi la sensibilité de contrôle maximale peut être atteinte à cet endroit.
La diminution de l’intensité des courants de Foucault avec l’augmentation de la profondeur (distance par rapport à la surface) est due à l’effet de blindage des courants de Foucault en mouvement (« effet de peau »). Pour mesurer la diminution de l’intensité des courants de Foucault en fonction de la profondeur, on utilise généralement ce que l’on appelle la profondeur d’indentation standard dans les essais par courants de Foucault.
La profondeur de pénétration standard δ correspond à la distance à laquelle l’intensité des courants de Foucault a chuté à environ 37 % de la valeur à la surface de l’objet testé (ce qui correspond à une diminution d’un facteur 1 / e ~ 1 / 2,7). Il ne s’agit pas d’une valeur fixe, mais elle dépend des conditions d’essai respectives : la fréquence d’essai (f), la conductivité électrique (σ) et la perméabilité relative de l’objet testé (µr) et peut être calculée approximativement à l’aide de la formule suivante :
δ – profondeur standard de la bague d’étanchéité en mm
σ – conductivité électrique en MS / m
µr – perméabilité relative (sans unité)
f – fréquence d’essai en Hz
Cela signifie que
Plus la conductivité électrique ou la perméabilité relative est élevée, ou plus la fréquence d’essai est élevée, plus les courants de Foucault se concentrent à la surface de l’objet testé et plus la profondeur d’indentation standard est faible.
Les intensités relatives des courants de Foucault pour des multiples entiers sélectionnés de la profondeur de pénétration standard δ sont les suivantes :
1δ : -> 36,8 %
2δ : -> 13,5 %
3δ : -> 5,1 %
5δ : -> 0,7 %.
La profondeur 3δ est également appelée « profondeur de pénétration effective ». Les changements de matériaux ou les défauts situés à des profondeurs supérieures ne peuvent généralement plus être détectés de manière fiable avec une sensibilité suffisante, car l’intensité des courants de Foucault a déjà trop diminué.
Les objets testés dont l’épaisseur de paroi est supérieure à 5δ sont considérés comme « à paroi épaisse » ; une épaisseur de paroi encore plus importante n’entraînerait pas de modification supplémentaire de la valeur mesurée sur la bobine à courants de Foucault.
Sur la base de la profondeur de pénétration standard, il est ainsi possible d’estimer grossièrement la capacité de détection en profondeur – en tenant compte des conditions d’essai existantes (propriétés du matériau et fréquence d’essai).
Lors de l’exécution de contrôles par courants de Foucault, un certain nombre de signaux gênants ou indésirables peuvent apparaître dans la pratique. Parmi ces signaux indésirables, on trouve par exemple
1) Les variations de conductivité, la dérive thermique, les vibrations mécaniques, les changements de géométrie ou le signal dit de décollement, qui apparaissent généralement sur une période plus longue qu’un défaut de référence défini (signaux basse fréquence).
2) les perturbations électromagnétiques ou le bruit électronique de l’équipement de test, qui sont généralement présents pendant une période plus courte qu’un défaut de référence défini (signaux à haute fréquence).
Dans le pire des cas, toutes les perturbations mentionnées se produisent simultanément, c’est-à-dire qu’elles se superposent de telle sorte qu’il n’est plus possible de reconnaître avec certitude les signaux d’intérêt (par exemple, les indications de fissures) et donc de les évaluer.
Le filtrage permet toutefois d’atténuer ou d’éliminer certaines composantes de fréquence dans le signal démodulé.
Pour pouvoir supprimer les signaux parasites de manière ciblée, les conditions suivantes doivent être remplies :
* D’une part, le spectre de fréquence des signaux d’intérêt et celui des signaux parasites à supprimer doivent être connus.
* D’autre part, les spectres de fréquence des signaux d’intérêt et des signaux à supprimer doivent être nettement différents.
* En outre, il faut veiller à ce que la vitesse de contrôle soit constante (en cas d’application d’un filtre basé sur le temps).
Cela permet d’éviter non seulement les pseudo-affichages, mais aussi les interprétations erronées et, par conséquent, d’augmenter considérablement la fiabilité des déclarations de contrôle.
Les types de filtres disponibles pour le filtrage sont le filtre passe-haut, le filtre passe-bas et le filtre passe-bande.
Les filtres passe-haut sont utilisés pour supprimer les composantes basses fréquences perturbatrices du spectre de fréquences, tout en laissant intactes les fréquences supérieures à une fréquence de coupure supérieure (c’est-à-dire les signaux d’intérêt) (voir aussi Bande passante).
Dans le contrôle par courants de Foucault, les filtres passe-haut permettent par exemple de supprimer les variations de conductivité ou de perméabilité, les variations de géométrie, mais aussi et surtout les signaux de distance (lift-off).
Il convient de noter que le spectre de fréquence des signaux parasites et des signaux d’intérêt dépend à la fois de la vitesse de test actuelle et du type et de la géométrie du capteur utilisé :
1) Plus la vitesse de test est élevée et plus la largeur d’action de la bobine est petite, plus la fréquence des signaux est élevée (-> « impulsions plus courtes »).
2) Pour des vitesses de test faibles et pour des dimensions de bobines relativement importantes, les fréquences des signaux sont réduites en conséquence (-> « impulsions plus longues »).
Une unité de conductivité électrique particulièrement utilisée aux États-Unis est l’IACS (pour International Annealed Copper Standard).
Ici, la conductivité électrique σ est exprimée en pourcentage de la conductivité du cuivre recuit électrolytiquement pur (à 58 MS/m).
Pour la conversion des unités SI vers le système IACS, la règle est la suivante :
σ – conductivité électrique
Dans le contrôle par courants de Foucault, une bobine est utilisée pour :
1) créer (induire) des courants de Foucault dans l’objet testé ; et
2) inclure les réactions de l’élément d’essai qui reflètent ses caractéristiques.
Dans le cas le plus simple, un capteur à courants de Foucault est constitué d’une seule bobine qui sert à la fois d’émetteur et de récepteur (capteur paramétrique). Le principe de fonctionnement est que l’objet à contrôler imprime ses propriétés à la bobine, ou plus précisément à l’impédance de la bobine.
L’impédance est la résistance du courant alternatif. Pour une bobine, elle se compose de deux éléments :
1) la résistance ohmique R (qui correspond à la résistance en courant continu du fil de la bobine) et
2) la réactance inductive XL (elle est due au fait que le fil de la bobine est enroulé en spires. Lorsque la bobine est traversée par un courant alternatif, les spires de la bobine se trouvent dans la zone d’influence de leur propre champ magnétique alternatif. Par conséquent, elles induisent des courants qui s’opposent et se superposent au courant de la bobine qui les provoque. Le courant total qui en résulte est donc déphasé, c’est-à-dire retardé).
La résistance ohmique R est indépendante de la fréquence de test, mais dépend de la géométrie et du matériau du fil conducteur :
R – résistance ohmique en Ω
l – longueur du conducteur en m
A – surface de la section du conducteur en mm2
ρ – résistance électrique spécifique en Ω mm2 / m
La résistance inductive XL est d’autant plus grande :
* plus la fréquence f est élevée et
* plus l’inductance L de la bobine est grande
et peut être calculé à l’aide de la formule suivante :
XL – réactance inductive en Ω
f – fréquence en hertz (Hz = 1 / s)
L – inductance en Henry (H)
L’inductance de la bobine dépend du nombre de spires, des dimensions de la bobine et du matériau qui remplit l’intérieur de la bobine :
L – inductance en H (Henry, 1 H = V s / A)
μ – perméabilité magnétique à l’intérieur de la bobine en V s / A m (avec μ = μ0 * μrel)
n – nombre de spires
A – surface de la section transversale en mm2
l – longueur de la bobine en mm
La résistance totale de la bobine (impédance ou résistance apparente) est obtenue par l’addition vectorielle de la réactance ohmique et de la réactance inductive. La valeur absolue de l’impédance est déterminée par :
Z – impédance en Ω (ohms)
R – résistance ohmique en Ω
XL – réactance inductive en Ω
La tension totale de la bobine US se compose de la tension active UR, qui chute aux bornes du fil de la bobine (composante réelle) et de la tension réactive inductive UL (composante imaginaire due à l’induction). La valeur de la tension de la bobine est calculée à partir de l’addition vectorielle des deux composantes :
US – Tension totale en V (Volt)
UR – tension active en V
UL – tension réactive inductive en V
Il est déphasé de la valeur ϕ par rapport au courant I de la bobine.
Le déphasage ϕ d’une bobine prend des valeurs comprises entre 0° et 90° et se calcule selon la formule suivante :
ϕ – Déphasage en degrés (°)
R – résistance ohmique en Ω
XL – réactance inductive en Ω
Toutes les grandeurs mentionnées sont représentées dans le plan complexe de la manière suivante :
* grandeurs réelles (R, UR et I) à l’horizontale et
* tailles imaginaires (XL et UL) dans le sens vertical.
Le déphasage ϕ est représenté dans le plan complexe par l’angle (dans le sens des aiguilles d’une montre) entre l’impédance de la bobine Z et la résistance ohmique (résistance active) R, ou par l’angle entre la tension totale US et l’intensité I.
Afin de présenter à nos clients l’offre et les possibilités d’utilisation de nos capteurs de manière claire au premier coup d’œil, nous marquons nos capteurs de la manière suivante dans toutes les présentations :
Les conducteurs électriques sont tous les matériaux qui possèdent des porteurs de charge mobiles (par exemple, des électrons de valence dans les métaux) capables de conduire le courant électrique.
La conductivité électrique σ (sigma) est une caractéristique spécifique à un matériau. Elle décrit la capacité d’un matériau à conduire le courant électrique.
L’inverse de la conductivité spécifique est la résistivité ρ (rho). Elle exprime la résistance qu’un matériau oppose à la circulation des porteurs de charge.
Pour déterminer ces caractéristiques du matériau, la géométrie de l’échantillon (longueur et surface de la section) et les grandeurs électriques (chute de tension et intensité du courant ou résistance ohmique) sont associées :
σ – conductivité spécifique en S / m (Siemens / m, 1 m / Ω mm2 = 1 MS / m)
ρ – résistance spécifique en Ω mm2 / m
U – chute de tension en V (volts)
I – intensité du courant en A (ampères)
R – résistance ohmique en Ω (ohms)
l – longueur du conducteur en m
A – surface de la section du conducteur en mm2
Dans les pays anglo-saxons, la conductivité électrique est indiquée dans le système dit IACS.
La conductivité, et donc la résistivité, dépendent de la température. Pour les métaux, la résistivité diminue généralement avec l’augmentation de la température, car l’agitation thermique croissante des atomes oppose une résistance accrue au flux des porteurs de charge.
Le multiplexage (également appelé MUX ou multiplex) est une méthode de transmission en série de plusieurs signaux sur une seule ligne de signal. Tous les signaux semblent être transmis simultanément, mais ils sont en fait imbriqués les uns dans les autres dans le temps. Le canal de transmission partagé est divisé en tranches de temps. Une tranche de temps est attribuée à chaque signal. Pour la transmission, un multiplexeur (MUX) commute un signal après l’autre sur la ligne de transmission, à chaque fois pour la durée d’une tranche de temps. A l’autre extrémité de la ligne, un démultiplexeur (DEMUX) commute de manière synchrone les signaux transmis sur les récepteurs correspondants. Un cycle de multiplexage complet est constitué de la somme de toutes les tranches de temps.
Le multiplexage des paramètres dans le contrôle par courants de Foucault signifie qu’un capteur est utilisé de manière séquentielle avec plusieurs paramètres de contrôle. Pour ce faire, les différents paramètres sont commutés rapidement et n’agissent que pendant une durée très courte. De cette manière, il est possible de réaliser un contrôle à plusieurs fréquences, par exemple. Bien entendu, d’autres paramètres de contrôle peuvent également être commutés selon une grille de temps définie, comme par exemple les filtres, les seuils ou diverses combinaisons de ceux-ci.
Les principaux avantages du multiplexage des paramètres dans le contrôle par courants de Foucault sont un gain de temps considérable et une réduction de la complexité du matériel par rapport aux méthodes conventionnelles. De plus, l’influence des perturbations mutuelles (diaphonie) des canaux de contrôle entre eux diminue par rapport au contrôle simultané.
La réalisation d’un contrôle multifréquence offre des possibilités supplémentaires d’évaluation des signaux par rapport à un contrôle monofréquence. Elle fournit ainsi un « plus » considérable d’informations et conduit donc également à une augmentation de la fiabilité des déclarations de contrôle.
Le champ magnétique alternatif généré par la bobine à courants de Foucault se propage dans l’espace extérieur de la bobine et pénètre dans le volume de l’objet électriquement conducteur à tester. L’intensité maximale du champ et des courants de Foucault s’établit directement à la surface de l’objet testé.
Les courants de Foucault qui circulent directement à la surface sont orientés dans le sens opposé au courant de la bobine, c’est-à-dire déphasés de 180°.
En raison de l’effet de peau, l’intensité des courants de Foucault diminue en profondeur. D’autre part, plus la profondeur augmente, plus les courants de Foucault se déphasent, c’est-à-dire qu’ils sont retardés par rapport à la surface de l’objet à contrôler.
Ce déphasage des courants de Foucault augmente de manière à peu près linéaire avec la profondeur. Il peut être calculé selon la formule suivante :
x – position en profondeur (en mm)
δ – Profondeur standard de la bague d’étanchéité (en mm)
β – déphasage des courants de Foucault (en °)
Pour la profondeur de pénétration standard δ, le déphasage est de βδ = 57° par rapport à la trajectoire des courants de Foucault à la surface. Pour une profondeur de pénétration standard deux fois supérieure, le décalage est de 114°, etc.
Le déphasage des courants de Foucault en circulation fournit des informations importantes sur l’objet d’essai, notamment en ce qui concerne la nature des changements de propriétés et la profondeur de certaines caractéristiques.
Elle est exploitée de manière ciblée dans le cadre d’une méthode d’analyse spéciale – l’évaluation de phase – et est utilisée par exemple pour déterminer la profondeur des défauts (de préférence en combinaison avec un contrôle multifréquence).
Lors de la sélection de la fréquence d’essai pour le contrôle par courants de Foucault, les exigences spécifiques de l’application et du capteur à utiliser doivent être prises en compte. La gamme de fréquences recommandée pour le capteur doit être consultée sur la fiche technique du capteur fournie par le fabricant.
La fréquence d’essai détermine dans une large mesure ce que l’on appelle le pouvoir de pénétration, c’est-à-dire la répartition de l’intensité des courants de Foucault dans le sens de la profondeur :
L’intensité des courants de Foucault diminue considérablement à mesure que l’on s’éloigne de la surface. Les courants de Foucault se concentrent en grande partie à la surface, ils sont en quelque sorte protégés dans le sens de la profondeur. C’est ce que l’on appelle l’effet de peau. La profondeur d’anneau standard est une mesure de la diminution de l’intensité des courants de Foucault en fonction de la profondeur.
Plus la fréquence d’essai est élevée, plus l’intensité des courants de Foucault générés à la surface de l’échantillon est importante (selon la loi d’induction). D’autre part, plus la fréquence d’essai est élevée, plus l’intensité des courants de Foucault diminue rapidement dans le sens de la profondeur (effet de peau ou d’écran plus prononcé). Il convient de noter que la conductivité électrique et la perméabilité relative de l’objet testé ont la même influence sur la répartition de l’intensité des courants de Foucault que la fréquence d’essai.
Par conséquent, la sélection de la fréquence permet de contrôler de manière ciblée à la fois la sensibilité de contrôle et le volume d’interaction, c’est-à-dire le volume de l’objet à contrôler traversé par les courants de Foucault :
Les fréquences d’inspection élevées génèrent des courants de Foucault importants à la surface de l’échantillon et fournissent une excellente sensibilité aux défauts de surface.
En revanche, les fréquences d’essai basses fournissent une bonne sensibilité (capacité de détection) pour les défauts situés sous la surface (défauts cachés) en raison d’une meilleure capacité de pénétration.
Le choix de la fréquence d’inspection influence également l’angle de séparation de phase des défauts de différentes profondeurs. Ceci est utilisé par exemple lors du contrôle de tuyaux avec un capteur de passage interne (également appelé sonde « bobbin ») au moyen d’une évaluation de phase :
Aux basses fréquences de test, les directions de sortie du signal (ou phases du signal) de défauts internes de profondeurs différentes ou de défauts externes de profondeurs différentes ne diffèrent guère.
L’angle de séparation des différents défauts de profondeur augmente avec la fréquence de test. Cela correspond à une amélioration de la résolution dans le sens de la profondeur. Dans ce contexte, la conductivité électrique et la perméabilité relative de l’objet testé ont la même influence sur l’angle de séparation de phase que la fréquence de test.
Les capteurs à segments représentent un niveau intermédiaire entre les deux types de base que sont les capteurs à défilement et les capteurs à contact. Ils n’entourent pas complètement l’objet à inspecter, mais couvrent généralement une large plage circonférentielle comprise entre 90° et 180°. Leur résolution se situe à peu près entre celle d’un capteur de passage et celle d’un capteur tactile.
Le multiplexage des capteurs dans le contrôle par courants de Foucault signifie que plusieurs capteurs (ou plusieurs bobines de contrôle) fonctionnent de manière quasi-simultanée avec le même ensemble de paramètres de contrôle (fréquence de contrôle, réglages de gain, de phase et de filtre, seuils, etc. En fait, le multiplexeur (MUX) commute rapidement entre les différents capteurs. Ainsi, chaque capteur individuel ne fonctionne que pendant une courte durée.
De cette manière, les capteurs multiples ou les réseaux de capteurs peuvent fonctionner de manière très efficace. Par exemple, pour balayer une surface d’inspection en deux dimensions, il suffit de balayer mécaniquement dans une direction. La deuxième dimension est couverte par un « balayage virtuel » via un multiplexeur (déplacement électronique à un pas de temps fixe).
Le multiplexage des capteurs entraîne un gain de temps considérable par rapport à la méthode à capteur unique ou une réduction significative de la charge matérielle par rapport aux techniques de test traditionnelles (nombre réduit de modules de test ou d’appareils de test nécessaires).
Par rapport au contrôle multi-capteurs simultané, il en résulte une réduction des interférences mutuelles (diaphonie). L’utilisation de réseaux de capteurs permet donc de contrôler des surfaces relativement grandes avec une sensibilité de contrôle et une résolution spatiale élevées en un temps très court.
L’art du développement de capteurs réside dans la réalisation d’une structure de capteur qui, avec la fréquence de contrôle requise, apporte le champ magnétique nécessaire (et donc le champ de courants de Foucault) dans l’orientation optimale et la force requise au « lieu de contrôle » dans la pièce à usiner, tout en minimisant autant que possible les effets indésirables. Le principe de base est que le meilleur appareil de contrôle ne peut obtenir que les informations que le capteur a également détectées. Un capteur « aveugle » ne permet pas un contrôle sensible. Outre cette sensibilité de base, la reproductibilité exacte des capteurs est un facteur décisif.
Un modèle en couches peut être utilisé pour illustrer l’évolution de l’intensité des courants de Foucault dans le sens de la profondeur.
Des courants de Foucault sont générés directement à la surface de l’objet testé, en miroir avec le courant de la bobine, et créent un champ magnétique opposé au champ de la bobine. Conformément à la loi d’Ohm, des pertes d’efficacité se produisent dans l’objet testé, de sorte que le champ magnétique opposé est plus faible que le champ d’excitation de la bobine. La superposition de ces deux éléments crée un champ magnétique global affaibli ; le champ magnétique de la bobine est fortement blindé dans le sens de la profondeur.
Ce champ magnétique atténué génère des courants de Foucault plus faibles dans la couche inférieure imaginaire, dont la direction est à nouveau inversée. Ces courants de Foucault agissent à leur tour comme une bobine et induisent à nouveau des courants de Foucault dans la couche inférieure suivante.
Ce processus se poursuit en profondeur. De cette manière, plus on s’éloigne de la surface, plus le champ d’excitation pénétrant dans l’objet testé est affaibli et déphasé par le flux des courants de Foucault. Le déphasage correspond au délai résultant de la vitesse limitée des courants de Foucault.
Le déplacement du champ magnétique et la concentration des courants de Foucault à la surface extérieure de l’objet sous test sont donc appelés effet de peau (skin effect).
La profondeur d’indentation standard est une mesure de la diminution de la densité des courants de Foucault avec l’augmentation de la profondeur. Le décalage temporel des courants de Foucault en circulation, qui augmente avec la distance par rapport à la surface, entraîne un déphasage des courants de Foucault en fonction de la profondeur.
Les filtres passe-bas sont utilisés pour supprimer les composantes hautes fréquences gênantes du spectre des signaux, tout en laissant intactes les fréquences inférieures à une fréquence de coupure inférieure (c’est-à-dire les signaux d’intérêt) (voir aussi Bande passante). Ce type de filtre est également appelé filtre statique, car le spectre de fréquences du signal démodulé contient également une composante constante (statique).
Dans le contrôle par courants de Foucault, les filtres passe-bas permettent par exemple de supprimer les perturbations électromagnétiques à haute fréquence, mais aussi le bruit électronique des appareils.
Il convient de noter que le spectre de fréquence des signaux parasites et des signaux d’intérêt dépend à la fois de la vitesse de test actuelle et du type et de la géométrie du capteur utilisé :
1) Plus la vitesse de test est élevée et plus la largeur d’action de la bobine est petite, plus la fréquence des signaux est élevée (-> « impulsions plus courtes »).
2) Pour des vitesses de test faibles et pour des dimensions de bobines relativement importantes, les fréquences des signaux sont réduites en conséquence (-> « impulsions plus longues »).
La fréquence de coupure inférieure du filtre passe-bas est correctement réglée, c’est-à-dire suffisamment élevée, pour que les signaux parasites de fréquence supérieure soient effectivement supprimés, mais que les signaux d’intérêt soient encore affichés avec une hauteur de signal maximale.
La fréquence de coupure inférieure minimale fTPmin pour le filtre passe-bas peut être déterminée approximativement par la formule suivante :
fTPmin > vtest / Bw( où : vtest = vitesse de test et BW = largeur d’action de la bobine).
Le contrôle par courants de Foucault permet de vérifier l’intégrité, la composition et l’état de traitement des objets en matériaux électriquement conducteurs, ainsi que leurs dimensions géométriques. Le contrôle par courants de Foucault s’appuie sur la physique des champs électromagnétiques.
Une bobine parcourue par un courant alternatif génère un champ magnétique alternatif (primaire) dans son environnement. Cela génère des courants à la surface d’un objet électriquement conducteur. Ces courants, appelés « courants de Foucault », circulent parallèlement aux spires de la bobine, mais dans le sens opposé au courant de la bobine. C’est pourquoi ils génèrent un champ magnétique alternatif (secondaire) qui est dirigé à l’opposé du champ magnétique de la bobine. Il en résulte finalement un affaiblissement du champ magnétique de la bobine. Cela peut être mesuré comme une variation de la résistance en courant alternatif de la bobine (impédance).
Sur la base des variations de l’impédance de la bobine, il est donc possible de saisir et de caractériser les propriétés de l’objet à contrôler (dans la mesure où elles influencent l’expression des courants de Foucault), y compris les éventuels défauts. Pour ce faire, certaines méthodes d’analyse sont nécessaires, par exemple l’évaluation de l’amplitude ou de la phase, l’évaluation de la forme du signal ou l’analyse des harmoniques.
En utilisant des pièces de référence qui doivent présenter certaines caractéristiques en termes de géométrie (dimensions, forme), de propriétés du matériau (conductivité électrique, perméabilité, dureté) et de défauts du matériau (défauts), l’appareil de contrôle par courants de Foucault doit être réglé (fréquence de contrôle, gain, réglage de la phase, réglages des filtres, etc.) avant de commencer le contrôle.
Pour garantir la fiabilité des résultats d’essai, il faut veiller à ce que les conditions d’essai soient respectées pendant la réalisation des essais (par exemple, distance constante entre les capteurs et vitesse d’essai constante). Il convient également d’exclure ou de minimiser autant que possible toute influence perturbatrice (par ex. vibrations mécaniques, variations de température ou champs électromagnétiques perturbateurs).
Une autre condition importante pour réussir un contrôle par courants de Foucault est le choix ou le développement d’un capteur approprié, c’est-à-dire le nombre et la disposition des bobines utilisées, leur type de connexion électrique, leurs dimensions, leur nombre de spires, éventuellement un noyau magnétique ou un blindage.
En raison de l’effet de peau, les courants de Foucault les plus forts se forment à la surface de l’objet testé et leur intensité diminue rapidement à mesure que l’on s’éloigne de la surface. C’est pourquoi le contrôle par courants de Foucault est considéré comme une méthode de surface qui peut en principe être utilisée pour tous les matériaux conducteurs d’électricité.
Comme l’expression des courants de Foucault est influencée par de nombreuses propriétés de l’objet à contrôler, il existe de nombreux champs d’application pour le contrôle par courants de Foucault (par ex. contrôle de défauts de matériaux, détermination de l’épaisseur de paroi, mesure de caractéristiques de matériaux à des fins de tri, mesure de l’épaisseur de couches, etc.)
Comparée à d’autres méthodes de contrôle non destructif, la méthode des courants de Foucault se caractérise par les avantages suivants :
– sans contact,
– aucune préparation ou finition de surface n’est nécessaire
– aucun agent de couplage n’est nécessaire,
– des vitesses de contrôle élevées sont possibles (jusqu’à plusieurs m/s).
Il est donc parfaitement adapté à une utilisation dans des installations de contrôle automatique.
Un conducteur électrique parcouru par un courant est entouré d’un champ magnétique circulaire (champ de Foucault). Si le fil conducteur droit est enroulé en une boucle de conducteur circulaire, les lignes de champ tourbillonnaires se superposent de telle sorte qu’elles forment un dipôle magnétique (avec une structure de pôle nord/sud). L’intensité du champ magnétique généré peut être augmentée en enroulant des bobines avec un plus grand nombre de spires, comme celles utilisées comme éléments de détection dans le contrôle par courants de Foucault. Plus la longueur de la bobine augmente, plus son champ magnétique ressemble à celui d’un aimant permanent en forme de barreau.
Le champ magnétique à l’extérieur de la bobine pénètre dans l’objet testé, qui est conducteur d’électricité. Comme la bobine est traversée par un courant alternatif, des courants circulaires, également appelés courants de Foucault, sont induits dans la zone proche de la surface de l’objet sous test. Ces courants de Foucault se déplacent dans la direction opposée au courant de la bobine, ils peuvent être considérés en quelque sorte comme l’image miroir du courant de la bobine. Les courants de Foucault qui circulent sont à leur tour entourés d’un champ magnétique tourbillonnant.
Dans un échantillon sans défaut (matériau homogène), les courants de Foucault peuvent se propager librement.
Le champ magnétique généré par les courants de Foucault est également caractérisé par une structure dipolaire. Ce champ magnétique, dit secondaire, est orienté dans le sens opposé au champ magnétique primaire de la bobine. La superposition des deux champs magnétiques conduit à un champ magnétique résultant qui présente une intensité de champ plus faible par rapport au champ magnétique primaire de la bobine.
Si des défauts locaux (fissures, cicatrices de corrosion, pores, inclusions non métalliques, etc.) apparaissent dans l’échantillon, les courants de Foucault ne peuvent plus circuler librement. De telles inhomogénéités constituent en quelque sorte un obstacle insurmontable. Les courants de Foucault doivent se déplacer latéralement et/ou en profondeur et sont donc affaiblis. Par conséquent, le champ magnétique tourbillonnaire qui les entoure est également affaibli. La réduction des contre-effets magnétiques sur le champ magnétique primaire de la bobine entraîne une modification du champ magnétique résultant par rapport à l’échantillon sans défaut.
L’intensité du champ magnétique sous l’influence d’un objet électriquement conducteur peut être détectée par des capteurs appropriés (bobines réceptrices), puis évaluée et affichée de manière appropriée. Cela permet de tirer des conclusions sur les propriétés de l’objet à tester, par exemple en ce qui concerne la géométrie, les dimensions, les caractéristiques du matériau et la présence de défauts locaux.