Etude de transducteurs multiéléments pour le contrôle santé intégré par ondes de Lamb et développement du traitement de signal associé

Study of multi-element transducers for an integrated health monitoring system using Lamb waves and development of associated signal processing tool

• Auteur / Autrice : Faysal El Youbi
• Direction : Jamal Assaad
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux intelligents

Matériaux piézoélectriques

Éléments finis, Méthode des

Transducteurs

Fourier, Transformations de

Traitement du signal assisté par ordinateur

Lamb, Ondes de

Contrôle par émission acoustique

Mots clés libres

Contrôle santé intégré

Résumé

Ce travail concerne d'une part, l'étude d'un système de Contrôle Santé Intégré (CSI) basé sur la génération et la réception d'ondes de Lamb par des transducteurs multiéléments, et d'autre part, le développement d'un outil de traitement de signal capable d'identifier les modes de Lamb présents et d'étudier leurs sensibilités à la présence de défauts. Pour accomplir cette tâche, une relation théorique entre la transformée de Fourier à fenêtre glissante (STFT) et la Transformée de Fourier à 2 dimensions (TF2D) a été démontrée. La comparaison des amplitudes obtenues a été rendue possible par l'application de ces deux techniques de traitement de signal. Ceci a permis premièrement, d'améliorer l'identification des modes de Lamb présents et deuxièmement, de constater la présence de modes parasites. Par ailleurs, la Modélisation Eléments Finis (MEF) du système a révélé que les éléments piézoélectriques des transducteurs étaient à l'origine de ces modes parasites. Afin d'éliminer ces parasites, la solution proposée a été de réduire les épaisseurs des éléments. De plus, cette étude a montré que le transducteur en réception pouvait être amélioré en développant un transducteur segmenté. Une fois ce système optimisé, un défaut de type trou a été introduit dans la plaque afin d'étudier la sensibilité des modes à sa présence et à sa taille. Les signaux reçus ont ensuite été traités. Les résultats obtenus ont permis de tester la sensibilité des modes vis-à-vis la taille de ce trou. Ils démontrent donc clairement l'utilité du système développé pour le CSI de structures

This work concerns firstly, the study of an Integrated Health Monitoring System (IHMS) based on the generation and the reception of Lamb waves by multi-element transducers and secondly, the development of a signal processing tool able to identify all present Lamb modes and to study their sensitivities to the presence of defects. To achieve this task, a theoretical relationship between the Short Time Fourier Transform (STFT) and the Two Dimensional Fourier Transform (2D-TF) was demonstrated. The comparison of the amplitudes obtained was made possible by the application of these two signal processing techniques. This allowed firstly, to improve the Lamb modes identification and secondly, to note the presence of parasitic modes. In addition, Finite Elements Modeling (FEM) of the system revealed that the piezoelectric elements composing emitter and receiver transducers were at the origin of these parasitic modes. In order to eliminate these parasites, the solution suggested was to reduce elements thickness. Moreover, this study showed that the transducer in reception could be improved by developing a segmented transducer. Once this system optimized, a hole was introduced in the centre of the plate in order to study the sensitivity of the modes to its presence and its size. The received signals were then treated. The results obtained made possible to test the sensitivity of the modes with respect to the size of this hole. Thus, they show clearly the effectiveness of the system developed for structural health monitoring