Caractérisation et imagerie par courants de Foucault

Le contrôle par courants de Foucault (CF) permet la caractérisation de milieux électriquement conducteurs. Son principe consiste à illuminer un objet à examiner avec un champ magnétique basse fréquence et à recueillir avec la réponse du milieu à cette excitation. La caractérisation de l’objet nécessite alors la résolution d'un problème inverse afin de reconstituer les paramètres recherchés à partir de la réponse CF. Les applications traitées portent principalement sur le contrôle non destructif (détection et dimensionnement de défauts, mesure de paramètres physiques...) ainsi que sur la mesure par capteurs inductifs (mesure de distance…).

Cette activité est menée suivant trois axes :

  • - Modélisation

La modélisation permet de caractériser et d'améliorer les performances des capteurs CF (sensibilité au paramètre recherché, effet des grandeurs d'influence, etc.). Les travaux menés portent principalement sur les méthodes intégrales (MI) et sur celle des éléments finis (MEF) qui présentent une bonne complémentarité vis-à-vis des configurations étudiables et du coût de calcul. Ils visent à étendre le domaine d’application de ces méthodes et/ou à en simplifier l’utilisation dans un contexte de CND par CF. Une problématique abordée concerne ainsi la prise en compte de milieux anisotropes (ex. : matériaux composites carbones, matériaux ferromagnétiques sous contraintes). Des modélisations analytiques sont également mise en œuvre, exactes (bobine à air) ou simplifiés (capteur comprenant conjointement un circuit magnétique et un blindage conducteur).

 

Figure1 : Modélisation Figure 2 : Expérimentation
Modélisation
(éléments finis + intégrales de frontières) 
Expérimentation

Mots-clés: méthodes intégrales, méthode des éléments finis, modélisation analytique.

  • - Capteurs

Le capteur CF de base est constitué d’une bobine jouant simultanément le rôle d’émetteur et de récepteur. Des structures plus élaborées peuvent être conçues selon l’application visées (capteurs multiéléments, utilisation d'un circuit magnétique…). Les travaux menés portent sur la conception de capteurs inductifs obtenus par bobinage ou par gravure (PCB ou micro-usinage) ou encore sur les capteurs magnétiques à magnétoimpédance (variation importante de l'impédance d'un conducteur magnétique sous l'effet d'un champ magnétique extérieur). A titre d'exemple, une instrumentation large bande HF (jusqu'à plusieurs centaines de MHz) dédiée à la mesure de la conductivité électrique de semi-conducteurs a été développé. Cette activité s’appuie sur un banc d’expérimentation décrit ci-dessous.

Dispositif Figure3: CF de caractérisation large bande de semi-conducteurs
Dispositif CF de caractérisation large bande de semi-conducteurs

 

  • - Inversion

L'objectif final d'un contrôle CF est de caractériser l'objet contrôlé par résolution d'un problème inverse. La caractérisation peut par exemple porter sur la détection/localisation de défauts ou sur leur dimensionnement. L'inversion peut être effectuée de manière directe ou itérative, en utilisant un modèle issu de la physique ou en utilisant un méta-modèle. Ce dernier est construit au moyen d'une base de données obtenue par simulation ou par expérimentation. La structure de la base de données est cruciale pour la qualité de l’inversion et des travaux sont menés sur son optimisation par sélection des échantillons adéquats.

 Figure 4 : Configuration d’acquisition  Figure 5 : Localisation via MUSIC  Figure 6 : Amélioration via RAP-MUSIC

 Configuration d’acquisition

 Localisation via MUSIC

 Amélioration via RAP-MUSIC

Localisation en haute fréquence dans des milieux anisotropes de manière non-itérative (imagerie MUSIC) ou itérative (Imagerie RAP-MUSIC).

https://hal.centralesupelec.archives-ouvertes.fr/hal-01261987

   

Reconstruction via une combinaison de méthode MCMC et métamodèle

https://hal-supelec.archives-ouvertes.fr/hal-01101213

Mots-clés: inversion itérative ou directe, prétraitements, méta-modèles, machines à apprentissage supervisé.

 

  • - Dispositif d'expérimentation

Cette activité s’appuie sur un banc automatisé constitué d’un robot 3 axes associé à différents instruments de mesure dont un analyseur à détection synchrone. L'ensemble est piloté par ordinateur. Ce dispositif est utilisé pour la validation de modèles, le test de capteurs ou la constitution de bases de données. Il permet également de répondre à des demandes industrielles.

Les moyens expérimentaux concernent également des dispositifs de caractérisation de propriétés électromagnétiques et d’étalonnage de capteurs de champ magnétique.

Figure 9 : Dispositif d'expérimentation
Dispositif d'expérimentation
 

Quelques publications récentes
- Abla Dahia, Yann Le Bihan, Éric Berthelot, Laurent Daniel. A model-based method for the characterisation of stress in magnetic materials using eddy current non-destructive evaluation. Journal of Physics D, 2015, 48 (19), 10 p
- Laurent Stubbe, Yann Le Bihan, Andre-Emmanuel Ozout, Gaëlle Herivan, Éric Berthelot. “An Eddy Current System for the Study of the Cranial Rhythmic Impulse”. IEEE Transactions on Magnetics, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2015, 51 (1), 3 p.
- C. Cai, T. Rodet et M. Lambert (2014) « Influence of partially known parameter on flaw characterization in Eddy Current Testing by using a random walk MCMC method based on metamodeling », J. Phys. Conf. Ser. 542:(1) 012009.
- G.Rodeghiero, P.-P. Ding, Y. Zhong, M. Lambert et D. Lesselier, « MUSIC imaging method for electromagnetic inspection of composite multi-layers », Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, sous la dir. de D. E. CHIMENTI et L. J. BOND, t. 1650, 1, New York : Plenum Press, 2015, 453–461, URL : http://scitation.aip.org/content/aip/proceeding/aipcp/10.1063/1.4914641.