Ultrasonic spectroscopy

La spectroscopie ultrasonore est la science du comportement de propagation des ondes ultrasonores, due aux changements de l'environnement. Dans la plupart des cas, des impulsions ultrasonores (son à haute fréquence) sont projetées dans le support et les échos renvoyés sont évalués dans un ordinateur. Cette technologie est largement répandue dans la nature (les chauves-souris et les dauphins utilisent cette technologie pour détecter des mouvements ou des objets dans leur voisinage), dans la pêche (pour détecter des bancs de poissons ou déterminer la profondeur de la mer), dans des applications médicales (en regardant les enfants à naître dans le ventre de la mère ou pour d'autres applications médicales) et dans l'industrie des débitmètres à ultrasons ou pour les applications CND.

Arenal PCS étudie son comportement pour la détermination des propriétés des fluides. Le fait est que tous les fluides absorbent, réfléchissent et transmettent différemment les impulsions ultrasonores. Comme dans la plupart des pipelines ou réservoirs utilisés, le même type de liquide est présent, la concentration de solides dissous ou en suspension, la température et la densité peuvent être déterminées.

Comme la spectroscopie ultrasonore…

• est une propriété physique et une technologie non destructive
• ne consomme pas de produits chimiques ou de réactifs
• est de petite taille et léger
• peut mesurer à une fréquence de répétition de 1000 Hz
• peut mesurer sur une distance
• peut être rendu intrinsèquement ou antidéflagrant
• peut être rendu sanitaire
• peut être utilisé sous l'eau
• peut être utilisé à haute ou basse température
• n'a pas besoin de consommables
• ne dérive pas et ne nécessite pas de recalibrage ou d'entretien fréquent (voire pas du tout)
• peut être réalisé dans différents modes de réalisation et matériaux
• consomme très peu d'énergie

…c'est l'une des technologies d'analyse de processus d'aujourd'hui et de demain...

Quels produits sont nécessaires pour la spectroscopie ultrasonique ?
Une configuration complète pour la spectroscopie ultrasonore se compose toujours des éléments suivants :

• Analyseur de contrôle de processus (PCA)
• Câble 2x2 paires torsadées de PCA à UDT
• Transmetteur de densité à ultrasons (UDT)
• Câble coaxial d'UDT à UDP
• Sonde de densité à ultrasons (UDP)
• Blocs de prélèvement en téflon ou POM

Connectés les uns aux autres, les mots suivants expliquent son fonctionnement :
Le PCA est un automate/analyseur basé sur l'IHM ProFace qui récupère les données de mesure des transmetteurs connectés sur le terrain. Ces données sont validées et calculées en paramètres spécifiques au client, comme la densité, le débit massique, l'efficacité ou quoi que ce soit. Le PCA visualise ces résultats et s'occupe de la connectivité aux autres automates.

Tout en alimentant le PCA, le PCA alimente l'UDT. Dans l'UDT, des impulsions de tension sont créées et envoyées via le câble coaxial à l'UDP. L'UDP est la sonde de densité ultrasonique et se compose d'un matériau piézo-sensible, qui réagit à son pouls de manière assez intensive en générant des ondes ultrasonores. Ces ondes sont transmises dans la sonde. Lors des changements d'impédances acoustiques d'un matériau à un autre matériau, une partie de l'écho est réfléchie vers l'élément piézo. Ces ondes ultrasonores sont, comme par magie, converties en signal de tension, comme une sinusoïde. La sonde est conçue de telle manière que de nombreuses réflexions sont formées et converties. Ceux-ci sont mesurés et stockés dans l'UDT.

Ces résultats sont moyennés et le coefficient d'écart est déterminé pour une analyse plus approfondie.
Mentionné ci-dessus, la mesure de l'impédance acoustique des matériaux est l'une des principales propriétés importantes que nous analysons. Mais la vitesse du son dans le matériau est également d'une importance capitale. En combinant ces mesures, la propriété physique de la "densité" du matériau (ou du fluide) est déterminée avec précision. De plus, en mesurant l'atténuation ou l'amortissement du signal, la concentration de solides en suspension est également déterminée.

Ces propriétés peuvent être expliquées plus en détail dans les échos suivants :

L'un des échos qui revient au piézo est celui du réflecteur. Dans l'eau, l'écho ressemble à ci-dessus. La forme de l'écho dépend du type de transducteur et des réglages de l'émetteur.
A un certain moment, l'écho revient au piezo. La vibration de l'onde est convertie en une amplitude de tension et lue par l'émetteur. Un peu plus tard, un deuxième écho revient à l'émetteur, qui est une réflexion causée par le premier écho. Elle est plus faible, car une partie de l'énergie est absorbée par la sonde, l'élément piézo et l'eau.

Supposons que nous insérions la sonde dans de l'eau salée. Le graphe suivant est formé :

L'écho revient plus tôt à notre unité. Cela signifie que la vitesse du son est supérieure à celle de l'eau salée. Comme il s'agit d'une propriété physique du sel, en effectuant plusieurs étalonnages, nous sommes en mesure de déterminer la concentration du sel. Un tel étalonnage est valable pour toujours, tant que le milieu est de l'eau salée. Supposons que l'eau salée contienne du sable, qui est présent dans la sonde, la hauteur des échos chutera de manière significative, ce qui est enregistré dans l'émetteur et le % en poids de solides en suspension est déterminé. En cas de bulles d'air, les réflexions augmentent, ce qui n'est pas possible autrement. Une alarme est donnée car l'écho peut être perdu de temps en temps. Combinant la technologie de spectroscopie ultrasonique avec d'autres technologies de mesure analytique, comme la conductivité, le pH, la spectroscopie UVVIS,

Applications : En plus des applications sur ce site Web, Arenal se concentre sur :

1. Surveillance de la densité de la boue pour remplacer les analyseurs radioactifs. Les applications peuvent être trouvées dans l'exploitation minière, le dragage, le forage. Ci-dessous, vous voyez quatre images d'une plaquette de 1-1/2" pour la surveillance de la densité de la boue, TTS (Total Suspended Solids) et TDS (Total Dissolved Solids). En cas de diamètres de tuyaux plus grands, seule la surveillance de la densité est proposée. L'électronique est intégrée dans une petite boîte de jonction étanche et cela est encapsulé dans un boîtier en polyéthylène pour offrir des solutions pour les applications submersibles.Plusieurs capteurs peuvent être ajoutés à la plaquette, par exemple la pression et le débit.

2. Surveillance de la concentration de nombreux produits chimiques industriels, comme les bases, les sels, les acides, les huiles ;

3. Surveillance des contaminations dans les liquides purs, comme dans l'eau di et alarmante en cas de changement ;

4. Surveillance de processus complets, comme le mélange, la cristallisation, la décantation, la séparation ;

5. Surveillance des déversements dans les conduites d'égout ou dans la surveillance des eaux de rivière ;

6. Surveillance de la DCO (contamination organique) dans les conduites d'égouts pour les stations d'épuration dans divers types d'industries.