Aujourd’hui en 2008, deux systèmes d’instrumentation acoustique non linéaire sont disponibles au sein de l’Équipe CUP pour les mesures globales de nonlinéarité dans les solides homogènes (méthode de modulation de phase), et pour des mesures
lo-cales de nonlinéarité dans les milieux complexes (TR-NEWS et NEWS-TR). Ces deux
systèmes ont été validés expérimentalement et dans le cadre d’un projet Européen. Ils sont en voie d’amélioration technologique par la prise en compte d’une instrumenta-tion ultra-rapide laser (consulter les travaux du groupe de T. Tratoudaki de Nottin-gham University[28] qui a mis en place la méthode de modulation de phase couplant des ondes de surfaces et des ondes longitudinales (voir partie2).
1.7.1 Automatisation et portabilité des systèmes de mesure
La démarche instrumentale s’est systématiquement accompagnée d’un objectif d’au-tomatisation des mesures (instrumentation Labview) et de portabilité du dispositif
(système TR-NEWS en collaboration internationale, systèmes développés par Artann Laboratories, et récemment en 2007 par le système NI PXI-1033- NI PXI 51-22). Cette démarche permet d’être à jour sur la potentialité d’exploiter la rapidité et la puissance des systèmes d’acquisition en développement permanent.
1.7.2 Perspectives d’innovation technologiques
Les perspectives d’innovation liées à une méthode se mesurent en intégrant les pro-grès réalisés dans le même domaine par d’autres méthodes, et par les potentialités de prise en compte des innovations technologiques actuelles. Dans le contexte du CND, une part importante de l’innovation concerne l’émission acoustique qui semble avoir un certain potentiel de localisation. Concernant la possibilité d’intégrer des innova-tions technologiques actuelles, les nouvelles méthodes d’excitation multi-échelles et multi-sources couplées aux techniques de codage de sources réponds aux besoins des techniques non linéaires devant tenir impérativement compte de la qualité et la fiabi-lité des excitations. En terme de réception du signal acoustique, il est désormais certain que les nouvelles technologie laser contribuent à la qualité des mesures acoustiques, et constituent, en raison de leurs propriétés de mesures sans contact, un composant indispensable à toute caractérisation future en termes de END/CND.
1.7.3 Codage d’excitation - Complexification de l’excitation
Afin d’améliorer la qualité de la rétrofocalisation, nous avons appliquée une mé-thode de codage d’excitation appelée chip-coded excitation[118], qui permet, par l’en-voi d’une excitation en balayage de fréquence (Figure27), d’augmenter le rapport si-gnal sur bruit de la mesure.
Si on considère une excitation de type e(t) dans un système de réponse impultion-nelle h(t), la réponse est donnée par (Eq.II.2.9)
y(t) =e(t) ∗h(t) =
Z
Rh(t−t′)e(t′)dt′. (II.1.2) Si le signal d’excitation est une fonction de Dirac, alors la réponse est exactement la réponse impultionnelle. Si on retourne temporellement la réponse et que l’on applique cette excitation e2(t) = y(−t)au même système, on a alors
y2(t) = e2(t) ∗h(t) =h(−t) ∗h(t) =Γh(t), (II.1.3) donnant la fonction d’autocorrélation de la réponse impultionnelle.
En pratique, au lieu de l’impulsion de Dirac, on utilise un balayage de fréquence. Dans ce cas, si on effectue la corrélation y2(t) de la réponse y(t)avec l’excitation e(t) ,
Figure 27 – Dispositif expérimental de comparaison sweep-TR-NEWS (excitation par balayage
de fréquence) et émission acoustique sur une structure aéronautique (fourche de train d’atter-rissage) [42]
on a
y2(t) =e(−t) ∗y(t) =e(−t) ∗e(t) ∗h(t) = Γe(t) ∗h(t). (II.1.4) Dans le cas de l’excitation balayée en fréquence qui possède une densité spectrale constante dans sa bande de variation, on peut estimer que la réponse y2(t) est pro-portionnelle à la réponse impultionnelle du milieu de propagation qui sera ensuite temporellement retournée dans le processus TR-NEWS afin d’obtenir une rétrofoca-lisation. Cette méthode "sweep TR-NEWS" fait partie des méthodes d’optimisation d’excitation[101], et est une procédure d’optimisation de l’excitation, qui se trouve être invariante si l’on applique la méthode d’inversion d’impulsion qui consiste à changer
e(t) en −e(t). Cette propriété permet d’extraire, à partir de la méthode "sweep TR-NEWS", la signature non linéaire par une méthode d’inversion d’impulsion en sous-trayant les réponses alors qu’avec une procédure d’inversion d’impulsion classique, il faut additionner les réponses (Eq.II.3.45et figure49).
Dans ce cadre, une étude permettant la comparaison des méthodes TR-NEWS et d’émission acoustique a donc commencé par le stage de master de Mathieu Domen-joud en collaboration avec la société DAKEL[49]. La comparaison est réalisée sur une structure aéronautique complexe (Figure27) sur laquelle un système CND à émission acoustique (4 capteurs IDK09 DAKEL) et un système TR-NEWS étaient simultanément positionnés. Durant tout le cycle de fatigue de la structure, 2 Go de données ont été en-registrées afin de comparer la sensibilité des deux méthodes. L’excitation initiale
TR-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 −1500 −1000 −500 0 500 1000 1500 temps (ms) amplitude (u.a.) signal direct signal inversé réponse non linéaire
(a) signal brut
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 −1500 −1000 −500 0 500 1000 1500 temps (ms) amplitude (u.a.) signal direct signal inversé réponse non linéaire
(b) moyenne sur 77 fichiers
Figure 28 – Réponse à une excitation positive (signal direct) et négative (signal inversé) de type
"sweep TR-NEWS". La réponse non linéaire est extraite par addition des réponses (réponse non linéaire) résultant de la méthode d’inversion d’impulsion
NEWS était de type "chirp-coded" (balayage de fréquence) et la réponse impultion-nelle (appelée coda) était extraite par corrélation, comme décrit ci-dessus. Une étude préliminaire a permis de montrer que les niveaux de nonlinéarité extraits, après pré-traitement des données (Figure 28), et par une analyse temps-fréquence (Figure 29) étaient différents suivant les niveaux d’excitation et de l’état de fatigue de la struc-ture. La tentative d’étalonnage de la nonlinéarité extraite par "sweep TR-NEWS" est en cours et a commencé par une étape préliminaire d’étalonnage du système d’acquisition (Figure30). 0 100 200 300 400 500 600 700 0 10 20 30 40 50 frequency (kHz) amplitude (mv) fft amplitude en fenetre 35
(a) fft pour itération=35
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 100 200 300 400 500 600
fft glissante normalisée d’amplitude 910
avancement (itération) fréquence (kHz) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 (b) spectrogramme normalisé
Figure 29 – (a) Spectre (non normalisé) en fenêtre 35. (b)Spectrogramme normalisé de la
0 100 200 300 400 500 0 2 4 6 8