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DISPOSITIF DE CONTROLE NON DESTRUCTIF D'UNE STRUCTURE PAR
ANALYSE VIBRATOIRE
La présente invention concerne un dispositif de contrôle non destructif
d'une structure par analyse vibratoire, comprenant des moyens de mesure des
ondes vibratoires émises par la structure pour déterminer des vibrations
anormales induites par la présence de défaut dans la structure. Les moyens de
mesure sont intégrés dans un support souple apte à adhérer sur la surface de
la
structure à contrôler. La présente invention trouve des applications pour le
contrôle non destructif (CND) des structures d'aéronef, mais peut être
utilisée
dans tous les secteurs industriels où le contrôle de l'intégrité des pièces
travaillées
est important, tels que l'automobile, le ferroviaire, la construction navale
ou le
nucléaire.
Dans le cadre de l'exploitation et de la maintenance des aéronefs, il est
nécessaire d'utiliser des méthodes de contrôle qui permettent de déterminer si
les
structures sont endommagées par des criques ou des fissures, sans endommager
les pièces constituant la structure. Les techniques utilisées sont regroupées
sous
la dénomination de contrôle non destructif (CND). Les techniques de CND sont
nombreuses et en constante évolution car les secteurs industriels concernés
sont
demandeurs d'un accroissement des performances de ces techniques de CND.
Les secteurs du transport aérien et du génie civil sont toujours à la
recherche de
techniques CND de plus en plus performantes pour remplir à la fois les
impératifs
de sécurité et une politique de réduction des coûts.
La présente invention a ainsi notamment pour but de détecter des
vibrations anormales induites dans les structures d'aéronef lorsque l'aéronef
est
en vol. Ces vibrations dans certains cas sont des indicateurs de l'apparition
des
défauts dans les structures, par exemple l'apparition de fissures ou de
criques
dans le matériau constituant la structure d'aéronef.
Il existe, par exemple des moyens de contrôle par radiographie aux rayons
X ou par induction magnétique, qui permettent de détecter les défaillances
d'une
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structure mais ces moyens sont difficiles à mettre en oeuvre et inadaptés pour
une
structure d'aéronef sans immobilisation de l'avion.
Il existe également des moyens de contrôle visuels pour contrôler
l'apparition de fissures, mais généralement les structures qui sont les plus
susceptibles sujets à des défauts se développer sont des structures
difficilement
accessibles tels que des éléments de fixation ou des structures mobiles
complexes. Ces moyens ne permettent de détecter des fissures que lorsque les
fissures débouchent sur une surface directement accessible à l'opérateur,
aussi
les moyens de contrôle visuels ne permettent pas de réaliser une maintenance
prédictive performante des structures.
Tous ces moyens de contrôle nécessitent que l'aéronef soit immobilisé au
sol pour procéder à une inspection des zones sensibles de l'avion à l'aide
d'un
appareil de contrôle. Ceci implique un temps de contrôle relativement long et
la
présence d'un opérateur qualifié, entraînant par conséquent un coût de
maintenance relativement élevé.
A la connaissance du concepteur du présent dispositif, il n'existe pas à ce
jour de moyens performants permettant de contrôler l'état des structures par
exemple des structures aéronautiques tout au long de leurs périodes
d'utilisation,
en particulier pouvant effectuer un diagnostic global de santé des structures
aéronautiques pendant le vol de l'avion.
La présente invention propose un dispositif adapté à un tel contrôle qui
permet de surveiller la santé structurale d'une structure tout au long de sa
période
d'utilisation par des mesures locales du comportement vibratoire de ladite
structure.
Les problèmes à résoudre pour un tel dispositif sont :
- de disposer d'un moyen de contrôle non destructif adapté pour être
facilement apposé sur la surface des structures à contrôler qu'elles soient
accessibles ou non tout en restant de masse et d'encombrement négligeable et
en
ne nécessitant qu'une faible puissance électrique pour son fonctionnement,
- de disposer d'un moyen de contrôle adapté pour être installé en
permanence sur les structures à contrôler durant leur utilisation pour
effectuer une
maintenance prédictive en détectant l'apparition des défauts le plutôt
possible,
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permettant ainsi de programmer des interventions et de réaliser des
réparations
moins coûteuses et de garantir une sûreté maximale des structures,
- de disposer d'un moyen de contrôle qui permet une gestion
automatique des contrôles et de délivrer un diagnostic complet de la santé des
structures afin de réduire au maximum le travail de l'opérateur pour réduire
le coût
de maintenance.
A cet effet, la présente invention présente un dispositif de contrôle non
destructif d'une structure susceptible de comporter un défaut. Selon
l'invention,
ledit dispositif comprend des moyens de mesure des ondes vibratoires émis par
ladite structure en différents points d'une surface de ladite structure,
lesdits
moyens de mesure étant intégrés dans un support souple apte à adhérer sur la
surface de ladite structure à contrôler.
Lesdits moyens de mesure des ondes vibratoires comportent un ensemble
de microcapteurs apte à générer une cartographie des vibrations à la surface
de la
structure.
Avantageusement les dimensions et l'agencement des microcapteurs sont
déterminés pour être aptes à détecter les variations de vibrations induites
par la
présence du défaut ayant les plus petites dimensions dont la détection est
recherchée.
Selon l'invention, les moyens de détection sont des microcapteurs
piézoélectriques organisés en matrice lignes colonnes, lesdits microcapteurs
transformant lesdits ondes vibratoires émis par ladite structure en signaux
électriques.
Selon une forme de réalisation de l'invention, le dispositif comprend en
outre une électronique d'interface reliant lesdits moyens de détection et de
mesure
à une mémoire d'enregistrement, ladite électronique d'interface et ladite
mémoire
étant également intégrés sur ledit support souple de manière à réaliser
avantageusement un dispositif de contrôle monolithique.
Pour transformer les ondes vibratoires émis par la structure en signaux
électriques, chaque microcapteur comporte un réseau de lamelles
piézoélectriques disposées entre deux plaques conductrices, les extrémités
desdites lamelles étant rendues solidaires aux plaques au moyen d'un matériau
adhésif conducteur, une des deux plaque étant rendue solidaire audit support
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souple, lesdites deux plaques étant reliée elles même à ladite électronique
d'interface.
Avantageusement le dispositif de contrôle comprend un système
calculateur tel qu'un système à microprocesseur pour déterminer de manière
automatique les ondes vibratoires induites par le défaut présent dans la
structure
à partir des ondes vibratoires mesurées par les microcapteurs.
Dans un mode de réalisation dans lequel le système calculateur n'étant pas
intégré sur le support souple et connecté au dispositif de contrôle, ledit
dispositif
de contrôle comporte des moyens d'émission pour envoyer des signaux
électriques enregistrés dans la mémoire vers ledit système calculateur en
utilisant
une liaison sans fil, radio ou infrarouge.
Dans un autre mode de réalisation dans lequel le système calculateur est
intégré sur le support souple et est connecté entre ladite interface et la
mémoire
d'enregistrement.
Selon une forme de réalisation du système calculateur, il comprend une
mémoire contenant au moins une cartographie des ondes vibratoires de référence
de la ou des structures, des moyens de calcul convertissant les signaux
électriques envoyés par le dispositif de contrôle en ondes vibratoires, des
moyens
d'analyse différentielle et d'analyse spectrale desdits ondes vibratoires
mesurées
par les microcapteurs par rapport aux ondes vibratoires de référence.
Selon un mode de réalisation particulier, les moyens d'analyse différentielle
comportent des moyens pour générer un signal d'état S, caractéristique du fait
qu'une valeur différentielle entre les ondes vibratoires de référence et les
ondes
vibratoires mesurées par les microcapteurs dépasse une valeur seuil.
Selon un autre mode réalisation particulier, les moyens d'analyse spectrale
comportent des moyens pour générer un signal d'état S' caractéristique du fait
que
le représentation fréquentielle des ondes vibratoires mesurés par les
microcapteurs par rapport à la représentation fréquentielle des ondes
vibratoires
de référence comporte des raies spectrales correspondant aux ondes vibratoires
induites par la présence du défaut dans ladites structure.
Avantageusement, selon les modes de réalisation présentés
précédemment, les signaux d'état S et S' générés sont soit transmis par le
système calculateur à des moyens d'alarme, soit enregistrés dans la mémoire
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d'enregistrement du dispositif de contrôle, puis transmis vers des moyens
d'alarme en utilisant une liaison sans fil, radio ou infrarouge.
Les moyens d'alarme comportent par exemple un écran d'affichage et des
indicateurs lumineux et/ou sonores.
5 Avantageusement les lamelles piézoélectriques sont adaptées pour
détecter des ondes vibratoires à basses fréquences et des ondes vibratoires à
hautes fréquences.
Avantageusement, le dispositif de contrôle comporte un système d'auto-
alimentation dans lequel au moins une ligne ou une colonne desdits
microcapteurs
est reliée à un accumulateur d'énergie électrique destiné à stocker l'énergie
électrique générée par lesdits microcapteurs et à restituer ladite énergie
électrique
sous forme de courant pour alimenter le dispositif de contrôle.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris
à la lecture de la description qui va suivre en référence aux dessins qui
représentent :
en figure 1 : une représentation schématique d'une vue de profil en coupe
d'un dispositif de contrôle comprenant un réseau de microcapteurs
piézoélectriques selon un mode de réalisation l'invention couvrant la surface
d'une
structure à contrôler, le dispositif de contrôle étant lui-même recouvert par
une
couche de peinture;
en figure 2: une représentation schématique en coupe partielle d'un
microcapteur piézoélectrique de la figure 1 comprenant un réseau de lamelles
piézoélectriques disposées entre deux plaques, le microcapteur étant intégré
sur
un support souple;
en figure 3: une représentation schématique d'une vue de dessus du
dispositif de contrôle illustrant un mode de réalisation du dispositif;
en figure 4 : une représentation schématique d'un mode de réalisation du
dispositif de contrôle de la figure 3 en position opérationnelle de
transmission de
signaux électriques vers un système calculateur disposé à distance,
en figure 5A, 5B et 5C : une représentation schématique des différentes
étapes d'une exemple technique de photolithographie en U.V pour obtenir un
réseau de lamelles;
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en figure 6: une représentation schématique d'une vue de profil en coupe
du réseau de lamelles intégré sur un support souple ;
en figure 7 : une vue schématique d'un réseau de dispositifs de contrôle
disposés sur la surface des structures d'un avion au sol en position de
transmission de signaux enregistrés au cours du vol de l'avion;
Pendant le fonctionnement normal d'un avion, notamment pendant un vol,
les diverses structures de l'avion sont excitées en vibrations par des
diverses
sources d'énergie. Par exemple, les ondes de pression des propulseurs excitent
des modes vibratoires des structures dont les réponses sont caractéristiques
desdites structures. Lorsque la structure est modifiée, par exemple suite à
l'apparition d'une anomalie structurale telle qu'une fissure ou un désordre
dans
ces structures, la réponse vibratoire de la structure est modifiée. Les
vibrations
correspondantes sont superposées aux vibrations structurales des sources
d'excitation. Une analyse temporelle et spectrale des ondes vibratoires permet
d'extraire les caractéristiques des vibrations et détecter la présence de
modes
anormaux qui sont potentiellement à l'apparition des défauts. On distingue
généralement deux catégories de signaux caractéristiques d'une structure
vibrante. Les ondes vibratoires de basse fréquence, dans la bande de basses
fréquences 0 à environ 25 KHz, qui traduisent des macrodéplacements de la
structure autour d'une position fixe (déformation à l'échelle macroscopique),
et les
ondes de haute fréquence, dans la bande d'environ 20 kHz à quelque MHz, qui
traduisent des déplacements à l'échelle microscopique au sein du matériau
constituant la structure (déformation microscopique).
Une analyse des ondes vibratoires à basses fréquences permet de détecter
la présence des défauts d'origine mécaniques alors que l'analyse des ondes
vibratoires à hautes fréquences permet de détecter l'amorçage de défauts de
petites dimensions tels que des fissures, voir des défauts liés à la
corrosion, au
caractère généralement évolutif et suivre l'évolution de ces défauts.
En figure 1 est représenté un dispositif de contrôle non destructif 1 d'une
structure 4 suivant l'invention pour détecter et mesurer les ondes vibratoires
induites par la présence du défaut dans une structure.
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Il comprend un support souple 2 sur lequel sont intégrés des moyens de
mesure 3 des ondes vibratoires émis par ladite structure en différents points
de la
surface de la structure. Le support souple 2 est par exemple réalisé dans un
matériau plastique permettant ainsi de fixer le dispositif sur la surface de
la
structure à contrôler en épousant la forme de la structure.
Le support souple du dispositif de contrôle 1 est rendu solidaire à la surface
de la structure 4 à contrôler au moyen d'un matériau adhésif.
De préférence ce dispositif est fixé sur une zone critique de la structure où
les fissures sont susceptibles d'apparaître. Sur un avion, le dispositif peut
être
disposé sur des zones considérées critiques qui se situent par exemple au
niveau
des zones d'accrochage des ailerons, au niveau des zones de jonction de
panneaux constituant le fuselage, au niveau d'éléments de fixation important
par
exemple ceux des moteurs.
Avantageusement ce dispositif de contrôle 1 est adapté pour recevoir une
couche de revêtement 5 qui peut être par exemple une couche de peinture qui
vient se superposer au dispositif de contrôle 1.
Les moyens de mesure comportent un réseau de microcapteurs
piézoélectriques 3 organisés de préférence en une matrice de lignes et de
colonnes. Chaque microcapteur est apte à transformer les ondes vibratoires
qu'il
reçoit de la structure sur laquelle il est disposé en signaux électriques.
La figure 2 représente schématiquement une vue en coupe de l'un des
microcapteurs du réseau. Il comprend un ensemble de lamelles piézoélectriques
6. Ledit ensemble de lamelles est disposé entre deux plaques conductrices 8,
9.
Les extrémités de chaque lamelle sont rendues solidaire aux deux plaques
conductrices 8, 9 au moyen d'un matériau adhésif conducteur 7, une des deux
plaques étant rendue solidaire au support souple 2 qui est destinée à couvrir
la
surface d'une zone de la structure à contrôler.
Lorsque la structure à contrôler vibre, les lamelles piézoélectriques vibrent
à la même fréquence que le point de la structure où est placé le microcapteur.
Les
lamelles se chargent électriquement par effet piézoélectrique en se déformant.
Les deux plaques conductrices 8, 9 connectées aux extrémités des lamelles
permettent de recueillir les signaux électriques générés par les charges
électriques sur les lamelles.
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La figure 3 représente schématiquement une vue de dessus du dispositif de
contrôle, selon un mode de réalisation particulier de l'invention, qui a une
forme
sensiblement rectangulaire comportant ici par exemple à titre illustratif un
réseau
de 56 microcapteurs piézoélectriques 3 organisés en une matrice de lignes 31
et
de colonnes 3c. En outre le dispositif comprend avantageusement une
électronique d'interface 10 reliant le réseau de microcapteurs 3 à une mémoire
d'enregistrement 11. L'électronique 10 et la mémoire 11 sont de préférence
intégrées sur le support souple 2 de manière à réaliser avantageusement un
dispositif de contrôle monolithique.
Les signaux électriques recueillis par les plaques 8, 9 de chaque
microcapteur sont transmis vers l'électronique d'interface 10 qui comporte de
préférence des moyens d'amplification desdits signaux électriques. Les signaux
amplifiés sont ensuite acheminés vers la mémoire d'enregistrement 11.
L'électronique d'interface 10 est disposée à l'extrémité des lignes de
microcapteurs dans la forme de réalisation du dispositif présenté sur la
figure 3.
Dans une autre forme de réalisation, l'électronique d'interface peut être
disposée à
l'extrémité des colonnes de microcapteurs, mais d'autres dispositif relatives
entre
les microcapteurs et l'électronique d'interface sont possibles dans le cadre
de
l'invention.
Chaque microcapteur 3 donne une information sur les vibrations de la
structure à l'emplacement du microcapteur et la répartition des microcapteurs
permet d'obtenir une cartographie des ondes vibratoires à la surface de ladite
structure de sorte qu'un défaut de la structure qui induit une modification
locale
des ondes vibratoires peut être localisé en fonction des microcapteurs.
Afin de localiser précisément les défauts, le pas entre microcapteurs est
fixé à une valeur inférieure aux dimensions des défauts minimum à détecter de
sorte que la discrimination de la position des défauts soit possible et de
sorte
qu'en cas d'endommagement localisé du réseau de microcapteurs, les
microcapteurs situés autour de la zone endommagée du réseau puissent toujours
permettre de réaliser une surveillance des zones suffisamment proche du défaut
susceptible d'apparaître de telle sorte que le défaut soit effective et
détecté.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le mode de transfert
des signaux électriques issus des microcapteurs 3 vers l'électronique
d'interface
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est un mode de transfert à interlignes. Au dessus de chaque ligne de
microcapteurs est disposée une ligne de stockage 23. Les signaux sont
temporairement stockés dans cette ligne de stockage 23. Le contenu des lignes
de stockage est ensuite transféré vers l'électronique d'interface 10 selon un
mode
5 en parallèle. Ensuite les signaux électriques sont évacués en série vers une
mémoire d'enregistrement 11.
Dans une variante du mode de transfert des signaux électriques, chaque
microcapteur est adressé directement pour envoyer les signaux électriques
directement à l'électronique d'interface 10.
10 Afin de traiter de manière automatique les signaux électriques mesurés par
les microcapteurs 3, le dispositif de contrôle comprend de plus un système
calculateur 13 tel que représenté schématiquement sur la figure 4 pour
convertir
les signaux électriques caractéristiques des ondes vibratoires mesurées en
valeurs numériques et pour déterminer les ondes vibratoires induites par la
présence du défaut dans la structure à partir des ondes vibratoires mesurées
par
les microcapteurs. Le système calculateur est par exemple un système à
microprocesseur.
Dans un mode préféré de réalisation de l'invention représenté sur la figure
4, le système calculateur n'étant pas intégré sur le support souple 2, le
dispositif
comporte des moyens d'émission référencé par le numéro 12 sur la figure 3 pour
envoyer les signaux électriques enregistrés dans la mémoire d'enregistrement
11
vers le système calculateur 13 en utilisant une liaison sans fil, radio ou
infrarouge.
Ces moyens d'émission comportent par exemple un transpondeur intégré sur le
support souple qui fonctionne de préférence à une fréquence fixée, ladite
fréquence étant choisie de sorte que l'émission des signaux électriques
représentatifs des vibrations n'interfère pas avec l'émission des autres
données
par des dispositifs autre que le dispositif de contrôle.
Le système calculateur comporte de préférence un convertisseur
analogique/numérique pour convertir les signaux électriques analogiques
provenant de la mémoire d'enregistrement en valeurs numériques. Ces valeurs
numériques sont convertis ensuite en ondes vibratoires grâce à des moyens de
calcul dans lequel est avantageusement intégré un modèle théorique ou
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expérimental établissant la relation entre la vibration détectée et la charge
électrique générée.
Pour déterminer les variations de vibrations induites par la présence du
défaut dans la structure à partir des ondes vibratoires mesurées par les
5 microcapteurs, le système comporte des moyens d'analyse pour effectuer une
étude comparative en amplitude et en fréquence entre les ondes vibratoires
mesurés par les microcapteurs et les ondes vibratoires de référence. Pour cela
le
système calculateur comporte une mémoire dans laquelle est enregistrée une
base de donnée de cartographies des ondes vibratoires de référence de la
10 structure. La cartographie de référence constitue un modèle de comparaison
prédéfini par rapport au comportement de la zone couverte par le dispositif de
contrôle. Cette cartographie peut être prédéterminée sur une structure de
référence. On entend par structure de référence, une structure jugée ne
comportant pas de défaut, par exemple une structure à la sortie de sa ligne de
fabrication et ayant réussi toutes les étapes de qualification. Elle peut être
également prédéterminée par une modélisation. Lorsque les moyens d'analyse
effectuent une comparaison en amplitude entre les ondes vibratoires de
référence
et les ondes vibratoires mesurés par les microcapteurs, si la valeur
différentielle
déterminée entre les ondes vibratoires de référence et les ondes vibratoires
mesurées dépasse une valeur seuil, un signal d'état S est généré par les
moyens
d'analyse.
Cette comparaison en amplitude est avantageusement complétée par une
analyse spectrale. Par exemple les moyens d'analyse effectuent tout d'abord
une
transformée de Fourier des ondes vibratoires mesurées pour obtenir une
représentation fréquentielle de la vibration, en comparant la représentation
fréquentielle des ondes vibratoires de référence et la représentation
fréquentielle
des ondes vibratoires mesurés, des raies spectrales correspondant aux ondes
vibratoires induits par la présence du défaut dans la structure sont alors
extraites
par les moyens d'analyse qui génère un deuxième signal d'état S'.
Avantageusement l'analyse spectrale permet d'identifier la nature des
défauts rencontrés. Généralement un spectre vibratoire comporte un ensemble de
raies. Pour identifier facilement les raies correspondant aux défauts et les
classer
selon le type de défauts rencontrés de préférence une bibliothèque de
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configurations spectrales est également enregistrée dans la mémoire du système
calculateur.
Les signaux d'état S et S' ainsi que toutes les informations telles que la
nature des défauts, la dimension des défauts et la localisation des défauts
sont
transmis par le système calculateur vers des moyens d'alarme 14 qui comportent
par exemple un écran d'affichage 22 pour afficher les informations et des
indicateurs lumineux et/ou sonores 20 pour avertir l'opérateur de maintenance.
La transmission des signaux électriques enregistrés dans la mémoire 11
vers le système calculateur peut être programmée de manière à ce qu'elle soit
effectuée automatiquement à la fin d'un vol de l'avion par exemple. Cette
transmission peut aussi être activée manuellement par l'opérateur de
maintenance
en interrogeant le dispositif de contrôle lors de l'inspection de l'avion.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le système calculateur 13
est intégré directement sur le support souple 2 et connecté entre
l'électronique
d'interface 10 et la mémoire d'enregistrement 11. Dans ce mode de réalisation,
le
système calculateur 13 reçoit directement des signaux électriques de
l'électronique d'interface 10 et envoie vers la mémoire d'enregistrement 11
seulement les signaux d'état S et S' et les informations sur les défauts. Lors
d'une
inspection, en interrogeant le dispositif, l'opérateur décharge les signaux
d'état et
les informations enregistrés dans la mémoire du dispositif de contrôle vers
des
moyens d'alarme 14 en utilisant une liaison sans fil, radio ou infrarouge.
Dans le cadre d'un contrôle en temps réel des structures, le dispositif de
contrôle est par exemple programmé pour être activé lorsque l'avion n'est plus
au
sol et il effectue ensuite des mesures à des intervalles régulier, par exemple
toutes les 5 minutes pendant une période déterminée de manière à réaliser une
cartographie en fonction du temps. Ainsi le dispositif de contrôle permet une
cartographie de la zone surveillée en fonction du temps pour établir
l'évolution du
champ des ondes vibratoires émis par la pièce.
Le réseau de lamelles est réalisé selon des techniques connues dans le
domaine de microélectronique. Le réseau de lamelles peut être obtenu par
exemple par la technique de photolithographie UV. Les figures 5.A, 5.B et 5.C
présentent un exemple de réalisation des lamelles par la technique de la
photolithographie. Le film piézoélectrique 17 est déposé sur un substrat dur
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type silicium ou verre, l'épaisseur du film 17 pouvant être de quelque dizaine
de
nanomètres à plusieurs dizaine de microns. Un film photosensible par exemple
résine 19 est déposé sur le film piézoélectrique et est soumis à une
insolation en
UV à travers un masque 18. La figure 5.B présente l'ensemble après avoir été
trempé dans un bain de solvant de révélation et après avoir été soumis à une
métallisation La surface du film piézoélectrique 17 comporte alors des zones
métallisées déposées sur la surface du film piézoélectrique et des zones de
résines.
En disparaissant dans un bain de solvant, les zones résines éliminent le
métal qui a été déposé sur sa surface, laissant sur la surface du film
piézoélectrique 17 des motifs métalliques recherchés qui constituent un masque
pour l'étape de gravure sèche. Le métal déposé possède un taux de gravure
beaucoup plus faible que celui du film piézoélectriques 17 et, en contrôlant
le
temps de gravure et la vitesse de gravure, un réseau de lamelles espacées à
des
intervalles réguliers est réalisé en effectuant la gravure sèche à travers le
masque
métallique. La largeur des lamelles peut être de quelques dizaines de
nanomètre
à quelques micromètres et le pas entre lamelles peut être de quelques dizaines
de
nanomètres à quelques micromètres.
Pour disposer le réseau de lamelles ainsi obtenu entre deux plaques
conductrices 8, 9, puis l'intégrer dans un support souple 2 pour réaliser les
microcapteurs 3, on dispose d'abord une première plaque conductrice 8 qui
vient
se fixer sur le réseau de lamelles au moyen d'un matériau adhésif conducteur
7.
Ensuite le substrat dur 16 peut être enlevé par ablation au moyen d'un laser.
Le
réseau de lamelle est ensuite fixé sur une deuxième plaque 9 au moyen du
matériau adhésif conducteur 7. La dernière étape consiste à fixer l'ensemble
sur le
support souple 2 au moyen d'un adhésif.
La figure 6 représente une vue de profil en coupe d'un réseau de lamelles
piézoélectriques 17 prises en sandwich entre deux plaques conductrices 8, 9
ainsi
obtenu. Le microcapteur ainsi réalisé est ensuite disposé à des intervalles
réguliers pour réaliser un réseau de microcapteurs tel que représenté par
exemple
sur la figure 3. Le matériau utilisé pour réaliser les lamelles
piézoélectriques est
par exemple un film de matériau piézoélectrique 17 de type zircotitanate de
Plomb
(PZT). De préférence les lamelles piézoélectriques 6 sont réalisées à partir
des
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matériaux présentant un coefficient piézoélectrique élevé, et une température
de
Curie suffisamment élevée, qui est la température au dessus de la quelle le
matériau perd sa piézoélectricité pour pouvoir fonctionner dans un domaine de
températures rencontrées par le dispositif au cours de son fonctionnement.
Les lamelles piézoélectriques sont adaptées pour recevoir des ondes
vibratoires à basses fréquences qui sont induites par des macrodéplacement de
la
structure autour d'une position fixe et aussi des ondes à hautes fréquences
induits
par des microdéplacement internes du matériau.
Tous les autres composants électroniques intégrés sur le support souple
sont réalisés à partir d'une technologie de microfrabrication sur substrat dur
tel
que silicium ou verre, transposée ici sur un substrat plastique. La
température
utilisée au cours du processus de microfabrication est susceptible de détruire
le
substrat plastique et ne permet donc pas de réaliser directement les
composants
sur le substrat souple. Pour remédier à ce problème technique, une des
solutions
proposées actuellement est de réaliser d'abord les composants sur un substrat
dur déposé lui-même sur du verre. Une autre couche de verre servant de
protection vient se fixer sur les composants au moyen d'un adhésif soluble, le
substrat dur est ensuite retiré de l'empilement par ablation au moyen d'un
laser.
Les composants sont alors appliqués sur un substrat plastique et fixés à ce
dernier au moyen d'un adhésif permanent et le verre de protection est retiré.
Selon une forme particulière de réalisation du dispositif, le dispositif de
contrôle présente une épaisseur inférieure ou égale à 50 pm, et d'une surface
de
l'ordre de 10 x 10 cm de côté. La taille de chaque microcapteur est de l'ordre
de
centaine de microns et l'intervalle entre deux microcapteurs est de l'ordre de
dizaine de microns.
La figure 7 présente une vue schématique comportant un réseau de
plusieurs dispositifs de contrôle suivant l'invention disposés sur des
surfaces des
structures d'un avion 15. L'avion est au sol et le réseau de dispositifs de
contrôle
est en situation de transmission de signaux enregistrés au cours d'un vol ou
plusieurs vols de l'avion vers un système calculateur 13 qui est relié à des
moyens
d'alarme 14 qui comportent ici par exemple un ordinateur avec un écran
d'affichage et des indicateurs sonores 20.
CA 02650832 2008-10-30
WO 2007/135057 PCT/EP2007/054759
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Avantageusement le dispositif comporte un système d'auto-alimentation
des microcapteurs piézoélectriques, par exemple au moins une ligne ou une
colonne des microcapteurs du dispositif sont reliés à un accumulateur
d'énergie
électrique 21 destiné à stocker l'énergie électrique générée par la au moins
une
ligne ou la au moins une colonne de microcapteurs sous l'effet des vibrations
de la
structure. Cet accumulateur restitue l'énergie électrique sous forme de
courant
pour alimenter le dispositif de contrôle.
L'invention est présentée dans le cadre du contrôle de structures
d'aéronefs, mais peut être utilisée chaque fois qu'une structure soumise à des
sources d'excitation en vibration doit être surveillée pour détecter la
présence de
défaut par exemple dans d'autres secteurs industriels tels que l'automobile,
le
ferroviaire, la construction navale ou le nucléaire.
