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Title:
DEVICES AND CORRESPONDING MEASURING METHOD FOR DETERMINING MECHANICAL PROPERTIES OF INITIALLY LIQUID OR SOFT MEDIA AND CHANGES THEREIN OVER TIME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/150109
Kind Code:
A4
Abstract:
The invention relates to a device making it possible to simultaneously determine the wave velocities of longitudinal and transverse acoustic waves and the density of a liquid or soft medium (104), as well as changes in these over time. The invention consists of a reference medium (101) to which is coupled a planar multi-transducer strip (220), the elements of which are paired with appropriate electronic delays and permit a modification of the direction of emission of the incident wave and the angle of the wave reflected by the reflection surface (140) of the medium to be examined. The sound reflection coefficients are measured for several angles of incidence, using a single emission and reception device (221). A corresponding processing method makes it possible to solve systems of equations describing the reflections and to obtain the characteristic properties of the medium being examined.

Inventors:
LABOURET STÉPHANE (FR)
FROHLY JACQUES (FR)
Application Number:
PCT/FR2018/000029
Publication Date:
October 18, 2018
Filing Date:
February 16, 2018
Export Citation:
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Assignee:
LABOURET STEPHANE (FR)
FROHLY JACQUES (FR)
International Classes:
G01N29/22; C04B40/00; G01N29/032; G01N29/26; G01N29/30; G01N29/44
Attorney, Agent or Firm:
LABOURET, Stéphane (FR)
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Claims:
19

REVENDICATIONS MODIFIÉES

reçues par le Bureau international le 3 septembre 2018 (03.09.18)

+ Déclaration

1) Procédé de détermination des valeurs de propriétés mécaniques d'un milieu étudié (102) initialement liquide ou mou, parmi lesquelles le module d'Young E, le module de cisaillement μ dans le cas d'un solide ou la viscosité η dans le cas d'un fluide et la masse volumique p, qui comprend les étapes successives suivantes : a) les mesures de ri coefficients de réflexion distincts π -, i étant un entier de 1 à n, chacun de ces n coefficients de réflexion distincts étant mesuré par la réflexion d'une onde mécanique sur une interface plane entre un matériau solide de référence (101) dont les propriétés mécaniques sont connues et ledit milieu étudié sous un angle d'incidence connu θί ; b) les estimations des n incertitudes δη associées respectivement aux n valeurs des mesures des coefficients de réflexion distincts ri de l'étape a), dont le choix prend en compte en particulier les erreurs liées aux mesures elles-mêmes, dans l'objectif de trouver au moins une valeur solution pour les propriétés mécaniques recherchées dudit milieu étudié ; c) une méthode d'exploitation et de traitement coordonné, au moyen d'un ordinateur, des n coefficients de réflexion ri mesurés à l'étape a) associés à leurs intervalles d'incertitude [n— δπ ; η+δη ] respectifs estimés à l'étape b) pour obtenir les propriétés mécaniques recherchées dudit milieu étudié, et qui comprend les étapes successives suivantes : cl) le choix et la mise en mémoire de c2L valeurs distinctes C2L,P parmi lesquelles est recherchée la célérité de l'onde longitudinale dans ledit milieu étudié, identifiées par l'indice p, p étant un entier compris entre 1 et Nc2L,

le choix et la mise en mémoire de Nc2T valeurs distinctes C2T,q parmi lesquelles est recherchée la célérité de l'onde transversale dans ledit milieu étudié, identifiées par l'indice q, q étant un entier compris entre 1 et c2T ,

le choix et la mise en mémoire de Np valeurs distinctes p2,k parmi lesquelles est recherchée la masse volumique dudit milieu étudié, identifiées par l'indice k, k étant un entier compris entre l et p ; c2) la construction et la mise en mémoire d'un tenseur Res qui, dans le cas d'espèce, est d'ordre 3, avec pour dimensions les valeurs Nc2L, NC2T et Np choisies à l'étape cl) et dont tous les coefficients ResPqk ont la valeur booléenne 1 ; 20

c3) le calcul et la mise en mémoire de n tenseurs RPqk(mi) de mêmes dimensions que le tenseur Res, nu désignant les conditions de réflexion utilisées pour la mesure du coefficient de réflexion n associé, c'est-à-dire : les célérités des ondes longitudinale et transversale dans ledit matériau solide de référence, la masse volumique dudit matériau solide de référence, l'angle d'incidence et la nature longitudinale ou transversale de l'onde utilisée ; chaque tenseur RPqk(mi) est construit en assignant à chacun de ses coefficients d'indice (p,q,k) la valeur calculée pour le coefficient de réflexion ri de l'onde incidente par la résolution numérique du système d'équations qui traduit le modèle de réflexion de l'onde ; il serait, à titre d'exemple pour une onde longitudinale, le coefficient TL contenu dans le vecteur XL du système matriciel ML XL = YL ; cette résolution est menée en utilisant les valeurs qui correspondent aux conditions de réflexion mi et aux valeurs C2L,P, c2T,q, p¾k choisies à l'étape cl) ; c4) la mise à la valeur booléenne zéro de chaque coefficient ResPqk du tenseur Res si un des coefficients d'indice (p,q,k) des tenseurs Rpqk(mi) ne vérifie pas l'une des relations :

π-δπ < Rpqk(mi) < π+δπ , pour i compris entre 1 et n ; c5) dans le cas où tous les coefficients de Res ont la valeur booléenne 0 à la fin de l'étape précédente c4), l'incrémentation d'au moins un des nombres Nc2L, NC2T OU Np choisis à l'étape cl), ou l'augmentation de la valeur de l'estimation d'au moins l'une des incertitudes δπ choisies à l'étape b), puis la reprise à l'étape c2) de la présente dite méthode d'exploitation et de traitement coordonné ; c6) dans le cas où au moins un coefficient du tenseur Res a la valeur booléenne 1, les triplets de valeurs (c2L,P , C2L,P , pik) pour lesquelles sont respectivement les valeurs des célérités des ondes longitudinale et transversale dans le milieu étudié et la masse volumique du milieu étudié qui sont utilisées ensembles pour calculer les valeurs des propriétés mécaniques recherchées du milieu étudié : la viscosité η dans le cas d'un milieu étudié liquide par la relation 2

η=ρ CT /(2ω) avec ω la pulsation de l'onde, le module de cisaillement μ dans le cas d'un milieu

2

étudie solide par la relation μ = pcr , le premier coefficient de Lamé λ par la relation

2 2

λ = p ( CL - 2CT ) et le module d'Young E par la relation Ε=μ (3λ+2μ) / (λ+μ). 21

2) Procédé selon la revendication 1) caractérisé en ce que les coefficients de réflexion distincts ri sont mesurés chacun dans des conditions de réflexion , qui diffèrent des conditions de réflexion des autres coefficients de réflexion au moins, ou dudit angle d'incidence θί, ou de la nature, longitudinale ou transversale, de l'onde acoustique, ou dudit matériau solide de référence.

3) Procédé selon la revendication 1) ou 2) caractérisé en ce que au moins un des coefficients de réflexion est mesuré avec une onde transversale.

4) Procédé selon l'une des revendications de 1) à 3) caractérisé en ce qu'au moins un des coefficients de réflexion est mesuré avec une onde transversale dont les directions de vibration et de propagation sont contenues dans un même plan normal à l'interface de réflexion, et dont la réflexion est décrite par un système matriciel du type ΜτΧτ = Υτ. 5) Procédé selon l'une des revendications de 1) à 4) caractérisé en ce que le nombre entier n de coefficients de réflexion mesurés, et exploités avec les estimations de leurs incertitudes respectivement associées, est supérieur au nombre de propriétés mécaniques dont les valeurs sont recherchées pour ledit milieu étudié. 6) Sonde ultrasonore pour mesurer un coefficient de réflexion d'une onde transversale sur l'interface plane entre un dit matériau solide de référence et un dit milieu étudié selon un angle d'incidence 0i, coefficien de réflexion qui peut être exploité avec d'autres coefficients de réflexion distincts pour mettre en œuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, sonde ultrasonore constituée d'un solide de référence (100), fait dans un dit matériau solide de référence (101) dont les propriétés mécaniques sont connues, qui possède :

- une première face plane (140), dite interface de réflexion, destinée à être mise en contact avec le milieu étudié,

- une deuxième face plane (130), dite surface d'émission, qui fait avec ladite surface de réflexion un angle θί compris entre 0 et 90 degrés dans ledit solide de référence, et sur laquelle est fixé un transducteur électro-mécanique (120), dit dispositif d'émission ; 22

la sonde est caractérisée en ce que ledit dispositif d'émission vibre selon la direction parallèle à la fois audit plan d'émission et à un plan défini par les vecteurs normaux de ladite surface d'émission et de la dite interface de réflexion.

7) Sonde ultrasonore pour mesurer n coefficients de réflexion distincts avec une onde longitudinale sous différents angles d'incidence choisis afin de mettre en oeuvre le procédé selon une des revendications de 1) à 5), sonde ultrasonore constituée d'un dit solide de référence, fabriqué avec un dit matériau solide de référence, dont on connaît les propriétés mécaniques et qui possède :

- une première face plane (140), dite interface de réflexion, destinée à être mise en contact avec le milieu étudié,

- une deuxième face plane (130), dite surface d'émission, qui fait avec ladite surface de réflexion un angle θί compris entre 0 et 90 degrés dans ledit solide de référence, et sur laquelle est fixée une barrette de transducteurs électro-mécaniques électriquement indépendants (120), la sonde est caractérisée en ce que l'es transducteurs individuels de ladite barrette de transducteurs électriquement indépendants sont alignés parallèlement à la fois à ladite surface d'émission et au plan défini par les vecteurs normaux de ladite surface d'émission et de la dite interface de réflexion.