1. Comment fonctionne une caméra à ultrasons pour la détection des fuites ?

Une caméra à ultrasons détecte les ondes sonores à haute fréquence générées au niveau des fuites par l'échappement d'air comprimé, de gaz techniques ou par l'entrée d'air ambiant dans les applications sous vide. Un réseau de microphones calcule la direction de la source sonore à partir des signaux des microphones et superpose le résultat sous forme de carte thermique colorée sur une image vidéo.

Le procédé fonctionne de manière passive : la caméra n'a pas besoin de gaz de contrôle tel que l'hélium ou le gaz de formiation, mais détecte l'énergie acoustique générée par les turbulences au niveau du point de fuite. Cela permet de localiser les fuites pendant le fonctionnement, sans qu’il soit nécessaire de mettre hors service de vastes zones de l’installation, de les démonter ou de les traiter avec un spray de détection de fuites.

L’intérêt technique réside dans la combinaison de la localisation acoustique et de l’identification visuelle. Les utilisateurs voient non seulement la présence d’ultrasons, mais identifient également sur l’image de la caméra le composant, la vanne, le tuyau, le raccord ou le tronçon de tuyau à l’origine de la pression acoustique. Cela réduit le temps de recherche, évite les erreurs d’interprétation et facilite la documentation des fuites détectées.

Exemple : localisation d’une source d’ultrasons au niveau d’un plafond de hall difficile d’accès. Le « hotspot » marque la source acoustique sur l’image de la caméra.

Dans le domaine de la détection des fuites industrielle, la distinction entre le son audible et les ultrasons est essentielle. La plupart des bruits de production se situent dans la gamme audible, à basse fréquence. Les fuites sur les conduites d'air comprimé et de gaz génèrent, au niveau des petits orifices de fuite, des turbulences à large bande comportant des composantes sonores à haute fréquence. Les fuites importantes génèrent souvent des sons audibles supplémentaires ; toutefois, dans les environnements de production, ceux-ci sont souvent masqués par le bruit des machines.

Les ultrasons générés par une fuite ne proviennent pas du gaz lui-même, mais des turbulences qui se produisent lors de la sortie du gaz. La différence de pression, la géométrie de la fuite ainsi que la forme de l'orifice de sortie déterminent l'intensité sonore et le spectre de fréquences des ondes ultrasonores générées.

Les fréquences plus élevées offrent une meilleure résolution spatiale en raison de leur longueur d’onde plus courte. Cependant, l’atténuation atmosphérique augmente également avec la fréquence, ce qui réduit la portée de détection atteignable.

Le choix de la fréquence de mesure représente donc un compromis entre résolution, portée et suppression des interférences. Dans de nombreuses applications industrielles, une plage de fréquences autour de 40 kHz s’est avérée avantageuse. Dans des environnements soumis à des interférences, une autre fenêtre de fréquence peut toutefois fournir de meilleurs résultats.

Approfondissement : détection des fuites malgré les sources de perturbations et la FFT

Pour CS INSTRUMENTS, l'air comprimé constitue le principal domaine d'application de la détection des fuites ultrasoniques. Cela s'explique par le lien direct qui existe entre les fuites, le débit, la charge du compresseur et les coûts énergétiques. Tout écoulement imprévu augmente les besoins du côté des consommateurs. Une fois la fuite éliminée, il faut produire, sécher et traiter moins d'air.

La détection des fuites constitue la première étape. La vérification des économies réelles réalisées, grâce à une mesure du débit avant et après la réparation, en fait une mesure d’efficacité fiable. La caméra à ultrasons, le LD 500, le Leak Reporter, la mesure du débit et la surveillance se complètent dans les tâches de localisation, de documentation, de hiérarchisation et de validation.

La carte acoustique est générée par la technique de formation de faisceaux. Le réseau de microphones capte les signaux ultrasonores entrants à des positions définies. À partir des différences de temps de propagation et de phase, le système effectue le calcul de la position probable de la source sonore. Une valeur de pression acoustique est déterminée pour chaque pixel et superposée à l'image de la caméra sous forme de carte thermique.

La carte thermique n’est pas une photo de la fuite, mais une visualisation de la source sonore calculée. Grâce à la superposition avec l’image de la caméra, le point chaud peut être clairement attribué au composant à l’origine du problème.

Approfondissement : le beamformingexpliqué simplement

La portée de détection d'une caméra à ultrasons n'est pas déterminée par une valeur fixe. Elle dépend essentiellement de la taille de la fuite, de la pression du système, de la gamme de fréquences, des interférences environnementales, de l'angle de vision et de l'atténuation atmosphérique. Les fuites importantes peuvent être détectées à une distance nettement plus grande que les microfuites.

Sur le plan acoustique, ce n’est pas le type de gaz lui-même qui est détecté, mais les ultrasons générés par la fuite de gaz. La possibilité de détecter une fuite dépend principalement de la différence de pression, de la géométrie de la fuite, du débit volumique, de la distance de mesure et des conditions environnementales. Le type de gaz, en revanche, est principalement pertinent pour l'évaluation économique, technique (en matière de sécurité) et qualitative de la fuite.

De nombreux bruits de production se situent dans la gamme des sons audibles. Cependant, certains composants des installations peuvent également générer des signaux ultrasonores, par exemple les systèmes de synchronisation pneumatiques, les convoyeurs, les presses, les points de frottement, les buses de soufflage, les décharges partielles électriques ou d’autres fuites. Grâce à l'analyse FFT et au choix d'une fenêtre de fréquence adaptée, il est possible d'identifier ces sources de bruit et de les supprimer de manière ciblée.

Les réflexions se produisent sur des surfaces réfléchissantes telles que le verre, le plexiglas, le béton, la tôle ou les carénages lisses des machines. Un « hotspot » sur un mur, un sol ou toute autre surface peut donc également être causé par un écho. L’étape de contrôle la plus importante consiste à changer d’angle de vue : une source sonore réelle reste alors localisée au niveau du composant à l’origine du bruit, tandis qu’une réflexion se déplace ou disparaît.

Approfondissement :  Détection des fuites malgré les sources de perturbation et la FFT