NON DESTRUCTIVE EVALUATION OF COMPOSITE MATERIALS USING ULTRASONIC SPECTROSCOPY

Les matériaux composites carbone-époxy, très utilisés dans l'industrie aéronautique, sont très délicats à contrôler. Les méthodes classiques de contrôle sont en particulier insuffisantes pour la détection des défauts répartis (porosités, délaminations) qui altèrent gravement les propriétés mécaniques des structures. Les ultrasons permettent de détecter certaines délaminations (échographie mode A), mais l'interprétation du signal temporel reste assez ardue dans le cas des porosités et compte-tenu de l'hétérogénéité des matériaux composites. L'intérêt de l'analyse spectrale est démontré dans la présente communication : elle met en évidence en onde longitudinale des fréquences privilégiées d'absorption, étroitement liées à la structure interne du matériau composité étudié. Plusieurs exemples d'utilisation du spectre ultrasonore réfléchi ou transmis sont présentés pour différents échantillons sains ou poreux.The non destructive evaluation of the carbon epoxy composite materials (often used in aeronautics) is a difficult matter. The classical control methods prove unsatisfactory for the detection of distributed defects (like delaminations and porosities), which affect severely the mechanical properties of composite parts. Ultrasonic echography (A scan mode) allows for the detection of some kinds of delaminations, but the interpretation of the echographic signal remains difficult in the case of porosities and owing to the heterogeneous nature of composites. In the present communication, the usefulness of a spectral analysis (ultrasonic spectroscopy) is demonstrated : the occurrence of selective absorption frequencies, closely bound to the material internal structure, is evidenced. Several examples of spectral analysis of the transmitted or reflected ultrasound are presented for reasonably defect-free and porous materials

CAPTEUR ULTRASONORE HAUTE-FRÉQUENCE À ABSORBEUR ACTIF

L'utilisation des sondes ultrasonores haute fréquence (100MHz et plus) dans le domaine biomédical, permet la caractérisation et la visualisation de structures de plus en plus fines. Les capteurs haute fréquence habituellement utilisés sont constitués d'un transducteur piézoélectrique de faible épaisseur collé sur une ligne à retard. Compte tenu de la gamme de fréquence utilisée, en plus des problèmes d'atténuation et d'adaptation, les multiples réflexions dans la ligne à retard introduisent un bruit ultrasonore qui entraîne une diminution de la sensibilité du capteur. Pour pallier à ces inconvénients, nous avons réalisé une sonde ultrasonore (100MHz) sans ligne à retard émettant directement dans le milieu biologique. Pour augmenter la bande passante, donc la résolution axiale du capteur, nous avons réalisé un absorbeur actif constitué d'un autre élément piézoélectrique. Dans notre article, nous présentons une comparaison entre résultats théoriques et expérimentaux obtenus avec ce nouveau capteur.The characterization and visualization of smaller and smaller structures become nowadays feasible in the biomedical ultrasonics area, owing to the design and construction of very high frequency ultrasonic probes (above 100MHz). These probes consist in a very thin piezoelectric transducer cemented on to an a delay line. The classical problems of ultrasonic attenuation and electrical and mechanical impedance matching are encountered. Moreover, in the used frequency range, multiple reflections on the various boundaries induce an acoustic noise which reduces the probe sensitivity. To overcome this, an ultrasonic probe radiating directly into biological medium, without buffer delay line has been built. An active damping using a second piezoelectric transducer has been designed in order to increase the available frequency bandwidth and then the axial resolution of the probe. In this paper, the experimental and theoritical results for this new kind probe are computed