Brevet FR2503363A1 — publié le 19821008

La présente invention a pour objet un procédé et un appa- reil pour localiser les défauts éventuels, et notamment les points de fuites des tuyaux, en "auscultant" la région entourant le tuyau défectueux et en captant le bruit émis au moyen d'un microphone, qui est relié à l'entrée d'un amplificateur, lequel commande un dispositif affichant le niveau maximum dudit bruit. Des appareils électroniques pour la recherche de défauts ou de fuites dans les tuyaux, qui opèrent selon la technique "d'auscultation" sont dans la pratique utilisés avec succès depuis des années. Néanmoins, il arrive toujours que dans certains cas, malgré une amplification maximale (facteur 1: 1 Mio) de l'appareil, certains défauts ne puissent pas être détectés. Il en résulte que l'on doit toujours se résigner à pratiquer des excavations inutiles et répétées puisque les indications de l'ap- pareil de mesure ne permettent pas de connaître, sans ambiguïté, l'emplacement réel exact du défaut. La cause de ce phénomène réside dans les caractéristiques physiques du défaut du tuyau. Comme l'on sait, dans le cas d'une rupture d'une conduite, le fluide transporté et, notamment l'eau, s'échappe sous pression vers la région environnante du sol. Ceci a pour conséquence, au point de fuite de jet de fluide, d'engendrer une onde acoustique qui se propage sous une forme sphérique. Cette onde,d'une part, gagne directement la surface du sol et, d'autre part, par l'in- termédiaire de ce dernier, fait vibrer le tuyau. Selon la pression d'impact, les propriétés de résonance du tuyau et l'amortissement acoustique du sol, différentes fréquences acoustiques, ayant diverses intensités peuvent apparaître à la surface du sol. En outre, au voisinage des fondations de murs, des puits d'accès aux égoûts ou autres, certaines réflexions peuvent apparaître, qui viennent se superposer aux bruits initiaux. La conductibilité acoustique de tuyaux en acier, en fonte et en matière plastique sont très différentes. Dans le cas des tuyaux en matière plastique, qu'il s'agisse du chlorure de poly- vinyle, du polyéthylène ou des acétates, la conductibilité acous- tique est toujours très faible, de sorte qu'elle peut être négli- gée pendant les mesures. Cette situation a pour conséquence que dans le cas du procédé par "auscultation" à l'aide de microphones placés sur le sol, l'espacement des points de mesure doit être différent suivant le type de tuyaux. C'est ainsi que, selon la figure 1, lorsqu'il s'agit de tuyaux en acier, un espacement entre les points de mesure d'environ 3 mètres suffit, Dans le cas de tuyaux en fonte, cet espacement peut être de 1,50 m, tandis que pour des tuyaux en matière plastique, il ne doit être réduit à environ 0,75 m. Lorsque, pendant la recherche acous- tique d'un défaut dans un tuyau, on utilise un espacement exces- sif entre les différents points d'écoute, on risque de ne pas entendre un point de fuite. Cette difficulté se présente tout particulièrement dans le cas des tuyaux non-métalliques dont les bruits de fuite se propagent à partir d'une zone d'émission ponctuelle. Par ailleurs, lorsqu'on détecte la présence d'un bruit sur une conduite, il ne s'agit pas nécessairement du bruit de fuite recherché. En effet, les tuyauteries enterrées sont sou- vent soumises à des vibrations ayant une autre origine et le bruit qui en résulte peut se confondre avec celui produit par une fuite. Certains évènements de courte durée, tels que des coups de marteaux, des bruits de raclage, ou autres constituent des pertubations qui sont captées tant par l'oule que par l'instrument de mesure, mais qui ne soulèvent pas de risquesde confusion. Il en est autrement avec certaines vibrations perma- nentes, qui se présentent comme un bruit continu. Ces oscilla- tions parasites peuvent être dues à des transformateurs, à des moteurs, à des compresseurs, etc. De plus, certaines installa- tions techniques et certaines machines, qui sont solidaires des fondations des constructions, produisent de nombreuses vibrations acoustiques qui, en général, se propagent très bien dans le sol. Toutefois, ces pertubations ont généralement des fréquences complètement différentes de celles provenant d'une fuite. Lors- que son oule permet au technicien qui procède aux mesures de distinguer les différentes fréquences acoustiques, il est à même de localiser le bruit provenant d'une fuite dans un large spectre de fréquences. Si ce n'est pas le cas, l'indication de l'intensité acoustique fournie par son amplificateur. ne peut pas beaucoup l'aider dans ce domaine, car elle ne représente que la fréquence la plus intense ou la plus bruyante, qui peut tout aussi bien être une fréquence parasite. Pour remédier aux inconvénients ci-dessus, on a imaginé un appareil entièrement - nouveau pour la recherche des défauts et des fuites dans les tuyauteries. Ces caractéristiques essentielles sont les sui- vantes: 1. Une mémoire pour conserver les grandeurs de mesure 2. Un analyseur de fréquences; et, 3. Un filtre d'octave. Pour localiser les défauts d'un tuyau, on procède à une série de mesures, c'est-à-dire, qu'on place le microphone sur le sol à des intervalles appropriés, le long de l'emplacement du tuyau en recherchant l'endroit ou le bruit est maximal. A cette fin, il convient d'avancer et de reculer un certain nombre de fois le microphone sur le sol dans la région de la fuite afin de déterminer avec précision le point culminant, c'est-h-dire, le point o l'intensité du bruit est maximale. A chaque mesure, c'est-àdire, à chaque point de positionnement du microphone, le technicien procédant à la mesure doit à nouveau se concentrer physiquement et psychiquement sur la mesure. Or, une telle concentration ne peut pas être répétée un nombre illimité de fois par la même personne à cause des phénomènes de fatigue qui en résultent et qui peuvent être la cause qu'un bruit n'a pas été entendu ou a été mal entendu. La présente invention s'est fixé pour but de procurer un procédé pour localiser les défauts de la nature spécifiée ci- dessus dans les tuyaux et de perfectionner sensiblement un appareil opérant selon ce procédé, en particulier, de façon à permettre de localiser plus vite et d'une manière plus précise et plus sûre de tels défauts. A cette fin, le procédé de l'invention se caractérise en ce que, dans une première étape opératoire, on applique le maximum de bruit capté à chaque point de mesure au moyen de l'amplificateur à une mémoire digitale, qui affiche un histo- gramme de la distribution des bruits le long de la ligne de mesure s'étendant au-dessus du tuyau en ce que, dans une seconde étape, on détermine la bande de fréquences principales et pré- férentielles au point de mesure o le bruit est le plus intense et en ce que, pour affiner la localisation, on extrait, au moyen d'un filtre d'octave, de cette bande de fréquences, principales et préférentielles, la fréquence caractéristique se rapportant au défaut du tuyau. Mémoire pour les grandeurs de mesure Ce nouveau procédé, qui utilise des mémoires électroni- ques permet d'éliminer les inconvénients susmentionnés. L'ap- pareil possède huit mémoires qui sont activées successivement. Au point de mesure n'l, le bruit capté par le microphone appli- qué sur le sol, est, en outre, affiché sur une échelle linéaire composée de diodes électroluminescentes. Cette échelle va de O à 10, le montage étant tel que 1o seul la valeur la plus élevée, c'est-à-dire, la valeur de crête de la grandeur de mesure est affiché. La luminosité de cette échelle formée de diodes électroluminescentes est réglée en fonction de la luminosité ambiante, de sorte que même à la lumière du jour elle peut être facilement lue.De plus, la nuit,l'é- clairage, normalementnécessaire de l'échelle est superflu. Lorsqu'une grandeur de mesure doit être conservée, la valeur indiquée par l'échelle est transmise à une mémoire élec- tronique dans laquelle elle peut être conservée pendant des heures. On écoute ensuite le bruit au point de mesure n02 et on l'affiche sur la seconde échelle. Cette grandeur aussi est ensuite mémorisée. De cette manière, on contr8le successivement huit points de mesure et on conserve les grandeurs résultantes. Après activation et affichage des huit mémoires, toutes ces grandeurs de mesure peuvent être considérées simultanément. Ainsi, on identifie sans peine le point de mesure correspondant à l'intensité acoustique maximale. La ligne reliant les points supérieurs de l'échelle représente ainsi un diagramme de l'in- tensité acoustique du trajet examiné. Ce dispositif de mesure peut parfaitement être utilisé pour localiser les défauts et notamment les fuites d'un réseau de distribution d'eau. A cette fin, on était obligé, jusqu'à présent, à l'aide d'une tige de sondage, de noter les valeurs trouvées aux points de contact accessibles afin d'identifier le point de fuite entre deux points d'écoute. Par contre, selon l'invention, on mémorise les diffé- rentes grandeurs de mesure afin de pouvoir, par la suite, dans la position d'interrogation, obtenir des renseignements précis pour savoir entre quels points de mesure est situéela section défectueuse du tuyau. Analyseur de fréquence Comme il a été remarqué plus haut, l'emplacement o le bruit est le plus intense ne correspond pas nécessairement au point du défaut. C'est pourquoi il convient d'analyser le spectre des fréquences du bruit apparaissant à cet endroit, afin de déterminer sa composition. Cette distinction des différentes fréquences qui composent un bruit, opération qui n'est pas toujours aisée pour l'oule humaine, est réalisée par voie électronique dans l'appareil de l'invention. A cette fin, on affecte respectivement aux huit échelles de diodes électrolu- minescentes une fréquence déterminée. L'espacement des fréquences d'un échelon à l'autre s'élève respectivement à 1,5 octaves et englobe le domaine de fréquences qui intéresse la recherche des défauts et qui s'étend de 70 Hz à 1800 Hz, Les fréquences individuelles adoptées sont - 106 - 160 - 240 - 360 - 540 - 800 - 1800 Hz. Pour l'analyse des fréquences, on monte le géophone au point de mesure o l'intensité acoustique est maximale et on règle la bande passante de l'amplificateur de façon qu'aucun signal ne dépasse les limites de l'échelle. Dans ces conditions, les différents échelons de l'échelle indiquent l'intensité de la fréquence à laquelle ils ont été affectés. Par suite, il devient possible, par exemple, de déterminer les fréquences principales ou préférentielles des bruits produits par des défauts sans le secours de l'oule humaine. L'expérience montre que des fréquences supérieures à 600 Hz sont inhabituelles dans la localisation des défauts et doivent, par conséquent, être considérées comme des fréquences parasites. Filtre d'octave L'opération suivanteconsiste en un affinage de la loca- lisation. Afin de pouvoir éliminer les fréquences parasites, il convient de commuter l'appareil, qui, auparavant, était placé sur la position à larges bandes passantes, sur une position à bandes étroites. On dispose à cette fin, de huit filtres élec- troniques d'octaves, très sélectifs. On règle la fréquence du défaut déterminée par l'analyseur de fréquence sur l'un des huit filtres de façon que l'amplificateur amplifie de préférence cette fréquence, en éliminant les autres, c'est-à-dire, les fréquences parasites. On est ainsi assuré que, pendant l'affi- nage de la localisation, seules les fréquences vraiment intéres- santes sont amplifiées, écoutées et mesurées. Dans ces conditions, un réglage erroné des filtres, qui est inévitable sans l'analy- se des fréquences, devient impossible. La coopération de ces trois unités, conjointement avec l'amplificateur à faible bruit dont les performances ont été confirmées par de longues années de pratique, permet une loca- lisation précise et rapide des défauts des tuyaux. La fatigue du 1o personnel affecté aux mesures est également réduite, ce qui per- met d'en attendre une grande efficacité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, faite sans aucun caractère limitatif en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique du procé- dé selon l'invention, qui montre certaines parties de l'appa- reil pour la mise en oeuvre de celui-ci; la figure 2 est un ensemble de courbes illustrant le niveau du bruit en fonction de l'éloignement du défaut du tuyau; la figure 3 illustre un exemple d'affichage lors de l'analyse des fréquences à l'aide d'un dispositif d'affichage à diodes électroluminescentes; la figure 4 illustre un exemple des inscriptions du dispositif d'affichage de l'appareil; et, la figure 5 est une vue en perspective d'un appareil conforme à l'invention dont le couvercle est à moitié ouvert. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un tuyau défectueux 10, qui est enterré dans une région 15 du sol, et d'o, par un point de fuite 12, s'échappe, dans la direction des flèches 13, un fluide tel que de l'eau, ce qui provoque un bruit se propageant sous la forme d'une onde sphérique 14 dans la région 15 du sol et, entre autre, parvient à la surface 16 de cette dernière. Sur cette surface, on installe, le long de l'emplacement du tuyau et au point de mesure 1, un micro- phone de détection Il qui, au moyen d'un câble conducteur 9 est relié à un amplificateur analogique 17. L'amplicateur 17 est conçu pour opérer, dans la première partie du procédé, comme un amplificateur de crête o le niveau maximum du bruit, c'est-à-dire sa valeur de crête, capté par le microphone Il est envoyé dans une mémoire digitale 18, qui dirige ce niveau maximum vers le dispositif d'affichage 19 et plus précisément vers un bâtonnet-diagramme 20 de celui-ci. Le bâtonnet-diagramme 20 peut consister soit en un dispositif d'affichage à fluorescence soit en une ligne de diodes électroluminescentes, l'arrangement étant tel que seul 1o le niveau maximum du bruit est affiché par la ligne de diodes. On déplace ensuite le microphone Il vers le point de mesure (2) et on capte à nouveau le bruit de la fuite au moyen de l'amplificateur 17 qui en dirige la valeur de crête vers la mémoire 18 aux fins d'affichage de celle-ci sur le bâtonnet-diagramme 21. De la même manière, on transfère le microphone au point de mesure 3 pour obtenir un affichage sur le bâtonnet-diagramme 22, puis on procède de même pour le point de mesure 4, dont le maximum acoustique produit un affichage sur le bâtonnet-diagramme 23; les points de mesure 5 à 8 corres- pondent respectivement aux bâitonnets-diagrammes 24 à 27. En reliant toutes les valeurs maximales lisibles sur les bâtonnetsdiagrammes, on obtient une courbe d'amplitude 28 sur laquelle le tiret 24 correspont au maximum 29 du bruit. Ainsi, on est informé que le point défectueux du tuyau est à chercherdans la région des points de mesure 4 - 5. L'espacement mutuel des points de mesure 1 - 8 résulte du diagramme de la figure 2. Celui-ci montre que dans le cas d'un tuyau en chlorure de polyvinyle, l'espacement des points de mesure ne doit pas être choisi supérieur à 75 cm, alors que dans le cas d'un tuyau d'acier, cet espacement peut atteindre 300 cm. On peut alors placer le microphone de détection Il successivement en un certain nombre de points de mesure relati- vement rapprochés situés entre les points de mesure 4 - 5, ce qui permet d'obtenir une nouvelle courbe d'amplitude sur les batonnets-diagrammes 20 - 27. Par ce moyen, on peut localiser très rapidement et avec une très grande précision le point ou se situe la fuite 12 du tuyau défectueux 10. Pour l'analyse des fréquences, on commute l'amplificateur 17 de sorte que celui-ci applique le bruit de fuite, produit au point de mesure o le niveau de bruit est le plus élevé, à un analyseur de fréquences 41 qui, comme représenté sur la figure 3, envoie dans la mémoire 18 et fait apparaître sur les bâtonnets- diagrammes 20 - 27 une courbe de fréquences. Comme on le voit, la fréquence prédominanteau point o la fuite a été localisée est de 250 Hz. Il s'agit donc d'un maximum de fréquences 30 dans la région de 240 Hz. La figure 4 représente un exemple de réalisation des ins- criptions frontales du dispositif d'affichage par bâtonnets- diagrammes, o l'on voit une échelle normalisée de O - 10, au moyen de laquelle on peut effectuer huit mesures comme celles représentées sur la figure 1 et mentionnées dans la description correspondante. A l'endroit correspondant au bruit le plus fort produit par le défaut du tuyau, on commute l'appareil sur l'ana- lyse de fréquence et, à partir de ce moment, il convient de lire la partie supérieure des inscriptions, de sorte que les diagram- mes de tirets produits par l'appareil permettent de déterminer à la fois les maxima des bruits, ainsi que distribution des fréquences dans ces bruits. On voit donc qu'on obtient de véritables histogrammmes. La figure 5 représente un exemple de réalisation d'un tel appareil qui comprend un boîtier 21 dont la face supérieure peut être fermée au moyen d'un couvercle rabattable 32.Dans ce cou- vercle 32, sont prévues un certain nombre de découpes 33 dont la forme et les dimensions ont été étudiées pour que l'échelle et les bâtonnetsdiagrammes 20 - 27 représentés sur la figure 4 soient visibles de l'extérieur, lorsque le couvercle 32 est fermé. La luminosité des diodes électroluminescentes d'affichage est réglée en fonction de l'intensité de la lumière du jour, de sorte que même sous une forte luminosité, les résultats affichés peuvent être lus d'une manière sûre. L'appareil comprend un interrupteur 34 au moyen duquel il peut être alimenté par le réseau et un interrupteur 35 pour une alimentation par batterie, indépendante de celle du réseau. En outre, il comprend une prise 36 pour un casque qui permet, en plus de l'écoute par haut-parleur, une réception des bruits par écouteur. Pour une analyse fine des fréquences, on peut interca- ler un filtre d'octave 37, la normalisation de l'échelle s'effectuant à l'aide d'un organe de réglage 38 de l'amplifica- teur. Un bouton de réglage 39 permet d'ajuster l'intensitié acoustique du casque, tandis que le commutateur 40 permet de passer de l'analyse des fréquences à la mesure des maxima du bruit et inversement. Cet appareil est très petit et très maniable et permet d'économiser beaucoup d'efforts dans la recherche des défauts des tuyaux, en améliorant en même temps considérablement la sécurité de fonctionnement. REVENDICATIONS 1. Procédé pour localiser les défauts éventuels, notamment les fuites des tuyaux, en auscultant la région du sol (15) entou- rant le tuyau défectueux (10) et en captant le bruit de la fuite au moyen de microphones (11) reliés à l'entrée d'un amplificateur (17) qui commande un dispositif affichant le maximum du bruit, ca- ractérisé en ce que, dans une première étape opératoire, on appli- que le maximum de bruit (29) capté à chaque point de mesure (1-8) au moyen de l'amplificateur (17) à une mémoire digitale (18), qui affiche un histogramme de la distribution des bruits le long de la ligne de mesure s'étendant au-dessus du tuyau (10), en ce que, dans une seconde étape, on détermine la bande de fréquence principales et préférentielles du point de mesure émettant le bruit le plus in- tense et en ce que, pour affiner le localisation, on extrait, au moyen d'un filtre d'octave (37), de la bande de fréquences princi- pales et préférentielles, la fréquence caractéristique se rappor- tant au défaut du tuyau. 2. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que l'histogramme de la distribu- tion des bruits le long du tuyau (10) est affiché par des lignes verticales de diodes électroluminescentes en forme de bandes qui sont juxtaposées de manière à former des bâtonnets-diagrammes (20-27) sur la plaque frontale de l'appareil et en ce qu'à chaque bâtonnet-diagramme (20-27) est affecté un point de mesure (1-8). 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'amplitude maximale du bruit capté par l'amplificateur (17) peut être appliquée à une mémoire digitale (18) qui commande respecti- vement la diode électroluminescente supérieure de l'échelle norma- lisée des bâtonnets-diagrammes (20-27). 4. Appareil selon les r/v-eidications 1 ou 2, caractérisé en ce que, aux fins d'analyse des fréquences un analyseur de fréquences (41) fait sui- te, au point de mesure correspondant trouvé le plus bruyant (1-8), analyseur qui, pour chaque bande de fréquences envoie dans la mé- moire (18) la valeur maximale de la fréquence appartenant à cette bande, et en ce que tous ces maxima peuvent être affichés sur les bâtonnets-diagrammes du dispositif d'affichage de la mémoire. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'intensité lumineuse de l'échelle de diodes électroluminescentes du diagramme (20-27) est réglable en fonction de la luminosité ambiante. 1 1 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'appareil est logé dans un boîtier (31) com- portant un couvercle rabattable (32) qui couvre les éléments de commande et qui présente un nombre de découpes (33) correspondant aux nombres et aux dimensions des bâtonnets-diagrammes (20-27).