Microscopie acoustique impulsionnelle : Application à la caractérisation locale des matériaux
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
In this study, a nondestructive technique has been developed in order to locally characterize materials. The ultrasonic surface waves have been chosen for their sensibility_ to effects such as texture, grain size. . . The analysis of the surface wave propagation and particularly the velocity and the attenuation measurements enable to characterize the material properties. Our method, based on the acoustic microscopy technique, uses a focused transducer with a large aperture angle, excited by a broadband pulse. This type of analysis shows leaky surface waves and especially leaky Rayleigh wave. The pulse excitation allows to separate the different echoes. A theoretical computation of the material response has been developed to understand the propagation mechanism and the interaction of the incident beam with the solid surface. By taking into account the acoustic field of the transducer and the diffraction effects, this model has demonstrated its efficiency to describe the experimental signals. In order to establish accurate means of analysis, several velocity measurement techniques have been developed, in the time domain for low dispersive media, or by a spectrum analysis for dispersive materials. Another approach is based on the comparison of a simulated signal to an experimental one, by using an optimization process. The accuracy obtained is very similar to that of the other techniques (0, 2%). Using these tools, several experiments were performed and they demonstrate that the velocity and the attenuation of the Rayleigh waves are sensitive to various parameters such as roughness, texture, grain size and damage phenomena.
Abstract FR:
Ce travail a consisté à développer une technique non destructive de caractérisation locale des matériaux, par ultrasons. Les ondes de surface ont été choisies pour leur sensibilité à différents paramètres (texture, taille de grain, etc. ). La méthode mise en place, basée sur le principe de la microscopie acoustique, utilise un traducteur focalisé de très forte ouverture angulaire excité par une impulsion large bande (5-25 MHz). Ce type de dispositif permet de générer des ondes de surface rayonnantes et en particulier l'onde de Rayleigh. De plus, l'excitation large bande favorise la séparation temporelle des différents échos. Afin de comprendre les mécanismes de propagation et d'interaction du faisceau incident avec la surface du solide, la modélisation de la réponse du matériau a été développée. La prise en compte du rayonnement acoustique du traducteur et des effets de diffraction a permis de décrire fidèlement les signaux expérimentaux. Dans le but d'établir des moyens d'analyse précis, plusieurs techniques de mesures de vitesses ont été mises en œuvre. L'évaluation des temps d'arrivée des différents échos ou bien l'exploitation des spectres, permettent d'accéder à la vitesse de propagation dans le cas de milieux dispersifs ou non. Enfin, une autre approche consiste à comparer un signal simulé à un signal expérimental par une technique d'optimisation. Les précisions sont comparables à celles obtenues avec les techniques précédentes et sont de l'ordre de 0,2%. A l'aide de ces outils, plusieurs expériences de caractérisation ont été menées et ont montré la sensibilité de la vitesse et de l'atténuation de l'onde de Rayleigh à la rugosité, la texture, la taille de grain et l'endommagement.