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Intégration d'un capteur ultrasonique non invasif de détection de bulles d'air : tubulure, couplage, seuils et validation

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Intégration d'un capteur ultrasonique non invasif de détection de bulles d'air : tubulure, raccordement, seuils et validation

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Un capteur de bulles détecte un état acoustique, et non une taille universelle de bulle
Un capteur ultrasonique non invasif de bulles d’air se fixe autour d’un tube et évalue la transmission acoustique sans entrer en contact avec le fluide. En général, un liquide couple les ultrasons à travers le tube différemment de l’air. Le circuit électronique utilise ce contraste pour classer les états : liquide, air ou bulle, tube vide, ou tout autre état défini. Le seuil de détection est donc une propriété de l'ensemble complet tube-fluide-capteur-électronique, et non un diamètre de bulle universel indiqué indépendamment des conditions de test.

Une intégration réussie commence par la définition de l'événement que la machine doit détecter et de l'action qu'elle doit entreprendre. Une longue colonne d’air, un train de petites bulles, de la mousse, un tube partiellement mouillé et un tube vide peuvent produire des signatures temporelles différentes. Le concepteur du système doit également définir le nombre de fausses alarmes autorisées, le risque de non-détection d’un événement, le temps de réponse, l’état au démarrage, la couverture de l’autotest, ainsi que les mesures à prendre en cas de défaillance du capteur, du câble ou du contrôleur.

Comment le trajet acoustique évolue
Dans une configuration classique à transmission traversante, un transducteur émet à travers le tube et un autre reçoit. Les interfaces entre le capteur, la paroi du tube, le liquide et toute zone d’air réfléchissent et transmettent l’énergie en fonction de leurs propriétés acoustiques. Lorsque le liquide remplit la section de détection et mouille la paroi, le signal reçu suit une certaine distribution. Un espace d’air ou une bulle interrompt une grande partie du trajet du liquide et modifie l’amplitude, la forme d’onde, la durée ou la corrélation.

Le capteur ne « voit » pas un contour photographique. Il observe une forme d’onde à travers un volume tridimensionnel. La position de la bulle, sa longueur le long du tube, la surface couverte par sa section transversale, sa forme, son mouvement, sa rupture et son adhérence à la paroi ont leur importance. Il en va de même pour la fréquence d’émission, l’ouverture, la pression de serrage, l’ovalité du tube, la bande passante de réception, le gain, le seuil et la fréquence d’échantillonnage.