Brevet FR3152593A1 — publié le 20250307

Système de réduction ou d’optimisation de la consommation ou de la production électrique d’un équipement fluidique à au moins un composant rotatif. Système de réduction ou d’optimisation de la consommation ou de la production électrique d’un équipement fluidique à au moins un composant rotatif, comprenant : - au moins un capteur électrique (2) à électrodes (100) réparties autour d’un corps de l’équipement, avec leur extrémité affleurant la surface interne du corps et faisant face au composant; - un circuit électronique (12) de pilotage des électrodes et de mesure tomographique par impédance électrique, - une unité de traitement de signaux, adaptée pour reconstruire des images du fluide dans le corps à partir des mesures de matrices ; - une unité électronique de pilotage automatique de l’organe de pilotage de l’équipement, adaptée pour modifier la fréquence de fonctionnement de l’équipement de sorte à ajuster sa puissance électrique et donc son rapport débit/puissance. Figure pour l’abrégé : fig.2 Système de réduction ou d’optimisation de la consommation ou de la production électrique d’un équipement fluidique à au moins un composant rotatif. La présente invention concerne le domaine de la surveillance des équipements fluidiques destinés à être mis en œuvre dans un circuit fluidique, notamment dans une installation industrielle. L’invention porte plus particulièrement sur la détection de bulles d’air dont la présence est due à un phénomène dit de cavitation, dans un fluide en écoulement dans un circuit fluidique et aptes à engendrer une surconsommation électrique ou une surproduction électrique d’un équipement fluidique à composant rotatif dans ledit circuit. Bien que décrite en référence à une application de surveillance de pompes, l’invention peut être appliquée à la surveillance de tout type d’équipement fluidique à composant rotatif et/ou susceptible de créer une baisse de pression entraînant une cavitation, comme une turbine, susceptible d’être présent dans un circuit fluidique, notamment dans une installation industrielle. Par « équipement fluidique » on entend ici et dans le cadre de l’invention, à au moins un composant rotatif ou ensemble de composants électromécaniques susceptibles d’être mis en œuvre dans un circuit fluidique, et adapté pour être alimenté électriquement ou pour produire de l’électricité. Il s’agit d’un dispositif actif dont au moins un composant rotatif déplace des volumes de fluide de manière continue et/ou discontinue (pompe, propulsion marine) ou utilise la force d’un fluide (turbine). Les pompes constituent un élément clé des installations industrielles, et sont aujourd’hui, après les moteurs électriques, le deuxième appareil le plus fabriqué au monde. Les pompes transportent les fluides nécessaires aux activités humaines, notamment industrielles, comme la plupart des matières premières, l’eau, les fluides de l’agro-alimentaire, de la chimie, de la pharmacie, de la construction, de la papeterie, de l’électronique, des mines, des énergies fossiles, … Les phénomènes dits de cavitation, i.e. la présence de bulles de vapeur créées par une puissance d’aspiration trop importante ou par absence de fluide à l’aspiration d’une pompe, peuvent engendrer une surconsommation électrique voire aller jusqu’à causer une casse de la pompe. Pour résoudre ce problème, les pompes peuvent être démontées et des pièces remplacées ou nettoyées dans le cadre d'une maintenance programmée. Cependant, cela peut entraîner des dépenses inutiles car, pour être sûres, les pompes doivent être entretenues plus fréquemment qu'il n'est réellement nécessaire. Il existe un grand nombre de systèmes de surveillance de circuits fluidiques intégrant une ou plusieurs pompes. Ils se basent principalement sur des mesures de différences de pressions, de vibrations, des mesures infrarouges ou par ultrasons, comme respectivement décrits dans les demandes de brevet/brevets FR3026443A1, CN111197581A et EP1297331B1. Ces systèmes existants ne permettent pas d’anticiper réellement les surconsommations électriques ou à contrario les sous-consommations électriques, voire les casses des pompes. En particulier, si certaines solutions commerciales mises en œuvre permettent une détection d’un degré élevé de cavitation, elles peuvent être complexes à mettre en œuvre et sont spécifiques à certains types de pompes. Il existe par conséquent un besoin d’un système de surveillance de pompe dans un circuit fluidique qui pallie les inconvénients des systèmes connus, notamment pour permettre de détecter la cavitation de manière simple et ce pour tous types de pompes, et ce afin d’optimiser la consommation électrique de la pompe et en tout état de cause de prévenir une casse de pompe qui serait due à une cavitation. De manière plus générale, il existe un besoin d’un système de surveillance d’un équipement fluidique à au moins un composant rotatif mis en œuvre dans un circuit fluidique, qui soit capable de détecter une cavitation de manière simple et ce afin d’optimiser la consommation ou la production électrique de l’équipement, et en tout de cause, de prévenir une casse de l’équipement qui serait due à une cavitation. Le but de l’invention est de répondre au moins partiellement à ces besoins. Pour ce faire, l’invention a pour objet, selon un de ses aspects, un système de réduction ou d’optimisation de la consommation électrique ou production électrique d’équipement fluidique à au moins un composant rotatif, adapté pour être alimenté électriquement ou pour produire de l’électricité, comprenant : - au moins un capteur électrique comprenant une pluralité d’électrodes réparties autour d’un corps de l’équipement fluidique, avec leur extrémité affleurant la surface interne du corps et faisant face au composant rotatif; - un circuit électronique de pilotage des électrodes et de mesure tomographique par impédance électrique, le circuit étant adapté pour respectivement exciter simultanément les électrodes, et mesurer des matrices d’impédance électrique du fluide en écoulement comprenant le cas échéant des bulles de cavitation dans le corps ; - une unité de traitement de signaux, adaptée pour reconstruire des images du fluide en écoulement dans le corps à partir des mesures de matrices d’impédance du circuit électronique ; - une unité électronique de pilotage automatique de l’organe de pilotage de l’équipement fluidique, adaptée pour modifier la fréquence de fonctionnement de l’équipement de sorte à ajuster sa puissance électrique de fonctionnement et ainsi ajuster son rapport débit/puissance. Selon une variante de réalisation, l’équipement fluidique est une pompe ou une turbine, l’extrémité des électrodes faisant face à l’extrémité libre des pales de la pompe ou de la turbine ou étant intégrée à celles-ci, l’organe de pilotage étant un variateur de fréquence. Avantageusement, le fonctionnement de l’unité électronique de pilotage automatique de l’équipement fluidique est asservi à celui de l’unité de traitement des signaux. Selon un mode de construction avantageux, le système comprend un carter fixé autour du corps de l’équipement fluidique, logeant le capteur électrique avec les électrodes logées et fixées individuellement de manière étanche dans un trou débouchant du corps. De préférence, le carter loge un port d’alimentation électrique des électrodes. Selon une variante de réalisation avantageuse, l’unité de traitement des signaux est adaptée pour mettre en œuvre un réseau de neurones pour la reconstruction des images. Selon un mode avantageux de réalisation, le circuit de pilotage est adapté pour mettre en œuvre les étapes suivantes : a/ excitation des électrodes, chaque électrode étant excitée par un potentiel V n exc ayant soit la forme : où A est une amplitude de signal, le nombre d’électrode, θ n est la position angulaire de l’électrode n, f m = m * f 0 est une fréquence d’oscillation, f 0 est une fréquence fondamentale choisie telle que f m soit inférieure à la fréquence de Nyquist du système pour tout m, l’ensemble des entiers naturels impairs, l’ensemble des entiers naturels pairs, soit la forme : dans laquelle, par convention, une somme est identiquement nulle si la valeur de l'indice de départ est supérieure à celle de l'indice final, où : et et avec désignant le (n- 1) ème élément de l’identité définissant le voltage , sous la convention selon laquelle les termes sont toujours disposés dans l'ordre croissant des indices i dans une telle identité, l’excitation étant réalisée soit de manière simultanée sur toutes les électrodes selon [Math 5], soit de manière séquentielle sur un ou plusieurs sous-ensembles d’électrodes; b/ mesure des propriétés électriques V n meas de l’écoulement du fluide avec les électrodes, c/ traitement des données issues de l’étape b/ de mesure, comportant les sous-étapes suivantes : c1/ pour chaque électrode E n , calcul des points de données M n définis par : où R est la valeur de la résistance utilisée pour la mesure de V n meas avec V n meas = R I n aux bornes de la résistance, P est le nombre de points d’une séquence discrète de mesures du courant I n , p est le temps discret, k est un coefficient de Fourier compris entre 1 et (n e – 1) et β p = (2πp/P), c2/ constitution d’une matrice de données D à partir des points de données M n (k) pour tout n et pour tout k, selon l’équation : si la forme d’excitation [Math 2] est mise en œuvre, ou si la forme d’excitation [Math 5] est mise en œuvre, c3/ constitution d’une matrice de données signée dont les éléments sont définis par l’équation suivante lorsque le décalage de phase Φ n,l (k) entre le potentiel d’excitation à l’électrode l et le courant mesuré à l’électrode n est inférieur à π/2 : et dont les éléments sont définis par l’équation suivante lorsque le décalage de phase Φ n,l (k) entre le potentiel d’excitation à l’électrode l et le courant mesuré à l’électrode n est supérieur ou égal à π/2 : [Math 22] où Σ est une matrice de signes définie de telle sorte que : - si la forme d’excitation [Math 2] est mise en œuvre, le i-ième élément de la j-ième ligne de Σ est le signe de cosinus([2π/([j+1]/2)]*(i-1)/n e ) pour j impair et le signe de sinus([2π/(j/2)]*(i-1)/n e ) pour j pair, - si la forme d’excitation [Math 5] est mise en œuvre, le signe opposé est attribué à l'électrode d'excitation la plus proche, notamment pour une électrode de mesure située à égale distance entre deux électrodes d'excitation, l'amplitude est expérimentalement mesurée pour être de l'ordre de O(10−7) A, correspondant à une contribution négligeable aux données. De préférence, le circuit de pilotage est adapté pour mettre en œuvre l’étape a/ avec l’ensemble des potentiels V n exc vérifiant la condition : Selon une configuration avantageuse, les électrodes du capteur électrique sont angulairement réparties de manière régulière autour du corps de l’équipement fluidique. L’invention a également pour objet l’utilisation du système d’optimisation pour mesurer la cavitation, les bulles d’air, l’absence de fluide et la présence de gaz. L’invention a également pour objet une installation industrielle, comprenant au moins un circuit fluidique et un système d’optimisation tel que décrit précédemment. De manière générale, l’invention peut être mise en œuvre dans n’importe quel circuit fluidique, notamment dans une usine ou un site de production industriel, en particulier dans le domaine de l’agroalimentaire, de la pharmacie et de la cosmétique, de la chimie et de la pétrochimie, de la distribution et du traitement de l’eau. L’invention consiste donc essentiellement en un système de détection d’une cavitation susceptible d’engendrer une surconsommation électrique ou une surproduction électrique voire une casse d’un équipement fluidique à composant rotatif installé dans un circuit fluidique. Le système comprend un capteur électrique à électrodes réparties, de préférence régulièrement autour d’un corps de l’équipement et avec leur extrémité affleurant la paroi interne du corps de préférence au plus près des pales du composant rotatif. Des mesures par Tomographie par Impédance Electrique (TIE) sont réalisées en utilisant des signaux soit trigonométriques, soit par paires d’électrodes, mis en œuvre simultanément pour l’excitation des électrodes. Cette mesure permet, de manière non invasive et non destructive de visualiser, en temps réel et en continu, l’intérieur du corps de l’équipement fluidique et donc du fluide en écoulement en son sein, en mesurant les propriétés électriques (potentiel et courant électrique). La carte d’impédance électrique à l’intérieur du corps est reconstruite, par résolution du problème inverse. La vitesse d’acquisition des images reconstruites par l’unité de traitement peut être très élevée, typiquement jusqu’à 31 250 images/seconde, ce qui permet d’observer des fluides circulant à un débit jusqu’à 300 mètres/seconde. En fonction des signaux du fluide en écoulement représentatifs d’une cavitation, une unité électronique va automatiquement modifier la fréquence de fonctionnement de l’équipement de sorte à ajuster sa puissance électrique de fonctionnement et ainsi ajuster son rapport débit/puissance. Par-là, le risque de cavitation est éliminé, à tout le moins réduit, et la consommation électrique ou la production électrique de l’équipement adaptée au juste nécessaire. Les avantages de l’invention qui vient d’être décrite sont nombreux parmi lesquels on peut citer : une mesure directe d’une cavitation à l’origine d’une surconsommation électrique voire d’une casse d’une pompe; une rapidité de détection et d’action éventuelle préventive du fait de la possibilité d’acquisition de mesures/d’images à une cadence très élevée, jusqu’à 31 250 images/seconde; un système robuste car fiable quel que soit le fluide utilisé même sous très haute pression typiquement jusqu’à 300 bars voire au-delà et/ou à très hautes températures, typiquement jusqu’à 600°C voire au-delà. FIG. 1 La FIG. 1 illustre un circuit fluidique comprenant une pompe, qui peut générer une cavitation au sein du fluide en écoulement par la pompe, cette cavitation pouvant être détectée par un système d’optimisation de consommation électrique selon l’invention, comprenant un capteur électrique à électrodes pour une mesure de tomographie à impédance électrique. FIG. 2 La FIG. 2 illustre de manière schématique les moyens matériels et logiciels d’un système d’optimisation selon l’invention. FIG. 3 La FIG. 3 illustre un corps de pompe intégrant un capteur électrique d’un système selon l’invention. FIG. 3 La FIG. 3 est une vue en coupe transversale d’un corps de pompe selon la FIG. 3 , au niveau des électrodes du capteur électrique. FIG. 4 La FIG. 4 illustre des motifs cosinusoïdaux spatiaux. FIG. 5 La FIG. 5 représente une partie de circuit électronique permettant l’excitation d’une électrode. FIG. 6 La FIG. 6 illustre un procédé de génération des signaux d’excitation des électrodes du capteur électrique selon une première variante de l’invention. FIG. 7 La FIG. 7 illustre un procédé de mesure des signaux générés par les électrodes. FIG. 8 La FIG. 8 représente sous forme graphique des signaux d’excitation et certaines de leurs propriétés. FIG. 9 La FIG. 9 illustre une matrice de signes pour un capteur électrique à 16 électrodes. FIG. 10 La FIG. 10 illustre une matrice de signes pour un capteur électrique à 32 électrodes. FIG. 11 La FIG. 11 illustre des images reconstruites respectivement selon l’état de l’art et de manière expérimentale et simulée par réseau de neurones dans un système selon l’invention. Description détaillée On a illustré en FIG. 1 un exemple de mise en œuvre d’un système 1 d’optimisation de la consommation électrique d’une pompe 20 déplaçant un fluide dans un circuit 2 comprenant la pompe 20. Ce système permet de détecter des bulles d’air dues à la cavitation qui engendrent une surconsommation électrique voire une casse de la pompe 20. Ce système permet également via la mesure d’impédance de mesurer la marche à sec, les corps étrangers, les bourrages, les changements de viscosité ou autre types de défauts pouvant réduire la performance de la pompe ou de la bloquer. Le système peut également mesurer en temps réel l’usure interne de la pompe et faire un diagnostic des performances hydrauliques du matériel fluidique. Le système 1 comprend tout d’abord un capteur électrique 10, agencé dans un corps 21 de la pompe 2. Ce capteur électrique 10 permet d’effectuer des mesures par Tomographie d’Impédance Electrique du fluide en écoulement dans ce corps 21. Une unité 11 de pilotage opérationnel du variateur de fréquence de la pompe, selon les mesures en temps réel des défauts de sorte à prévenir la pompe 20 d’une cavitation, en fonction des signaux du fluide en écoulement représentatifs, comme détaillé par la suite. Plus précisément, le capteur électrique 10 comporte un nombre de 16 électrodes 100 réparties, de préférence angulairement réparties de manière régulière, autour du corps 21 avec leur extrémité affleurant la surface interne du corps 21, de préférence au plus près de l’extrémité des pales de la pompe. Le synoptique des moyens matériels et logiciels du système 1 est illustré à la FIG. 2 . Les électrodes 100 sont reliées à un circuit imprimé 12 qui est un circuit électronique de pilotage des électrodes 100 et de mesure tomographique par impédance électrique, le circuit étant adapté pour respectivement exciter simultanément les électrodes, et mesurer des matrices d’impédance électrique du fluide en écoulement comprenant le cas échéant des bulles de cavitation dans le corps 21. Une unité de traitement de signaux 13 permet de reconstruire des images du fluide en écoulement dans le corps 21 à partir des mesures de matrices d’impédance du circuit électronique 12. Une unité électronique 14 de pilotage automatique permet, à partir d’un risque 13 identifié ou non pour la pompe 20, de préférence par communication numérique, de piloter le variateur de fréquence de la pompe, et de manière plus générale de réaliser la supervision de l’installation industrielle dans laquelle le circuit fluidique 2 est implanté. En modifiant la fréquence de fonctionnement de la pompe 20, il est possible d’ajuster sa puissance électrique de fonctionnement et ainsi ajuster son rapport débit/puissance. Les figures 3 et 3A illustrent un mode avantageux d’intégration sous la forme d’un carter 22 logeant un capteur électrique 10 au sein d’un circuit fluidique. Un carter 22 fixé autour du corps 21 de pompe, loge le capteur électrique 10 avec les électrodes 100 logées et fixées individuellement de manière étanche dans un trou débouchant 23 du conduit. Le carter 22 peut loger un port d’alimentation électrique 24 des électrodes. Le circuit de pilotage 12 peut être connecté à un système d’acquisition de données. Un écran 11 peut permettre de visualiser les données et les images produites à partir de ces données. Le système d’acquisition de données contient un système d’exploitation linux (HÔTE) qui contrôle un réseau logique programmable FPGA, également contenu dans le système d’acquisition de données. Le système d’acquisition permet de générer les signaux analogiques d’excitation et de mesurer les signaux analogiques de mesure en provenance des électrodes 100. Le système d’acquisition peut intégrer par exemple un contrôleur cRIO-9039 du fabricant National Instruments qui inclut un réseau logique programmable, des modules NI-9262 du fabricant National Instruments pour la génération des signaux analogiques d’excitation et des modules NI-9223 du fabricant National Instruments pour la mesure des signaux analogiques en provenance des électrodes 100. Le procédé de mesure et traitement des signaux mis en œuvre par le système pour la détection de défauts et la prévention de pannes de la pompe selon l’invention, va maintenant être décrit. On précise qu’au préalable le capteur électrique 10 est installé au sein du circuit fluidique avec les électrodes 100 agencées comme indiqué précédemment. Excitation des électrodes Une première étape consiste à exciter simultanément toutes les électrodes 100 par un potentiel ayant une forme bien choisie. Les électrodes 100 constituent un ensemble d’électrodes linéairement indépendantes. Elles sont utilisées pour créer des excitations électriques sur la surface du corps et pour en mesurer les propriétés électriques. L’excitation selon la variante de patrons trigonométriques [Math 2] est la suivante : pour un nombre de n e électrodes, il existe (n e – 1) motifs linéairement indépendants d’excitation. Les fonctions de base de Fourier constituent un choix naturel pour décrire ces motifs linéairement indépendants, selon l’équation : Selon une première alternative, on excite simultanément l’ensemble des électrodes à l’aide d’excitations de forme trigonométrique. Cet ensemble d’excitations simultanées est décomposé en oscillations spatiales selon la base de Fourier et en oscillations temporelles. Différentes fréquences sont imposées afin d’établir une distinction entre les différents signaux trigonométriques en multiplexage fréquentiel. Pour chaque motif d’excitation trigonométrique, chaque électrode E n est associée à une tension statique V n sta . L’ensemble des n e tensions statiques V n sta forme un ensemble de fonctions sinusoïdales et cosinusoïdales ayant différentes fréquences spatiales m. La FIG. 4 représente les motifs cosinusoïdaux spatiaux pour m variant de 1 à 5. Les motifs sinusoïdaux ne sont pas représentés. Les n e électrodes sont agencées sur la périphérie ∂Ω du corps, représentée par les traits discontinus en FIG. 4 . Les lignes continues représentent le potentiel d’excitation imposé aux électrodes. Le potentiel statique V n,m sta associé à chaque électrode E n est défini par l’équation suivante, pour n compris entre 1 et n e : où A est une amplitude de signal, m∈1,…,(n_e-1) représente la fréquence spatiale, le nombre d’électrode, θ n est la position angulaire de l’électrode n, f m = m * f 0 est une fréquence d’oscillation, f 0 est une fréquence fondamentale choisie telle que f m soit inférieure à la fréquence de Nyquist du système pour tout m, l’ensemble des entiers naturels impairs, l’ensemble des entiers naturels pairs. Pour un ensemble donné de n e électrodes, tous les motifs d’excitation indépendants sont entièrement décrits avec (n e – 1) fréquences spatiales différentes. Pour le cas particulier où θ n = 2π n/n e , les électrodes sont réparties de manière régulière sur la périphérie du corps. Chaque fréquence spatiale m est associée à une fréquence temporelle f m et est imposée de manière simultanée à chacune des électrodes. Ainsi, chaque potentiel simultané d’excitation V n exc comporte une superposition de (n e – 1) fonctions trigonométriques, chaque fonction oscillant à une fréquence particulière f m . Le signal d’excitation d’une électrode n est V n exc , défini par l’équation suivante : On impose de manière simultanée chaque potentiel V n exc (t) ainsi défini à chaque électrode E n . On veille à ce que la somme des tensions d’excitation des n e électrodes soit nulle quel que soit le temps t. Cela se traduit par la condition : Selon une deuxième alternative de l’invention, la forme d’excitation est la suivante : dans laquelle, par convention, une somme est identiquement nulle si la valeur de l'indice de départ est supérieure à celle de l'indice final, où : Et et avec désignant le (n-1) ième élément de l’identité définissant le voltage , sous la convention selon laquelle les termes sont toujours disposés dans l'ordre croissant des indices i dans une telle identité. L’excitation peut se faire sur toutes les électrodes de manière simultanée ou sur un sous-ensemble d’électrodes de manière séquentielle. Mesure des propriétés électriques On procède alors à la mesure des propriétés électriques du fluide en écoulement dans la section 21 à l’aide des électrodes 100. L’unité 12 contrôle le réseau logique programmable du système d’acquisition de sorte à générer 16 signaux d’excitation ayant les propriétés décrites. Ces 16 signaux numériques sont transformés en signaux analogiques avec les modules NI-9262 et transmis par câbles coaxiaux aux électrodes 100. Le circuit imprimé 12 comporte un circuit d’excitation de chaque électrode 100, chacun de ces circuits comportant une résistance R comme illustré en FIG. 5 . Comme visible sur cette figure, le potentiel V n exc est imposé d’un côté de la résistance R, l’autre côté étant connecté à l’électrode E n . La condition aux limites de Neumann à l’électrode E n est le courant I n passant dans le circuit d’excitation. Ce courant est obtenu par la mesure de tension V n meas = R I n aux bornes de la résistance. Comme pour V n exc , ce signal est une somme de fonctions trigonométriques. Traitement des données Dans une quatrième étape, les données mesurées lors de la deuxième étape sont traitées afin, soit de fournir directement des informations à un algorithme de traitement, soit d’obtenir une matrice de données signée représentative d’une image. Génération des points de données Mn Dans une première sous-étape de la quatrième étape du procédé de mesure, les points de données M n sont calculés pour chaque électrode n. La transformée de Fourier du signal mesuré V n meas est calculée à partir d’une séquence de mesure de courant à P-points I n (p), où p est le temps discret et vérifie 0 ≤ p ≤ P, soit : La transformée de Fourier peut être calculée à la fréquence f 1 qui correspond à la fréquence à laquelle P coefficients de Fourier sont calculés. Les fréquences f m des tensions V n exc sont choisies pour être des harmoniques de f 1 . Cela permet de distinguer les signaux mesurés. Ainsi, chaque coefficient k est associé à une fréquence particulière f m . Les données sont alors générées à une fréquence f 1 et la résolution dans l’espace de Fourier est Δf = f m+1 – f m = f 1 . On peut noter que la fréquence la plus élevée est choisie pour être inférieure à la fréquence de Nyquist du système f Nyq = 1/2 Δp, où Δp est le temps d’échantillonnage. Les points de données M n (k) sont les modules de chaque coefficient de Fourier k pour chaque électrode n : où R est la valeur de la résistance utilisée pour la mesure de V n meas avec V n meas = R I n aux bornes de la résistance, P est le nombre de points d’une séquence discrète de mesure du courant I n , p est le temps discret, k est un coefficient de Fourier compris entre 1 et (n e – 1) et β p = (2πp/P), Chaque point de données définit le courant d’un motif trigonométrique donné à une électrode donnée. L’ensemble des points de données M n (k) pour tous n et tous k constitue les données de mesure. Les fréquences d’excitation sont déterminées de la façon suivante. La fréquence d’échantillonnage f DAQ du système d’acquisition des données limite la fréquence f m maximale des tensions V n exec , la fréquence de Nyquist f Nyq = f DAQ /2 constituant une limite supérieure. Pour un système d’acquisition de données tel que f DAQ = 1 MS/s, la fréquence de Nyquist est égale à 500 kHz. Pour tirer parti des faibles erreurs de la tension résiduelle résultant de l’énergie stockée dans l’impédance de contact électrode – électrolyte, des signaux continus doivent être fournis. Pour générer des signaux continus à différentes fréquences, les signaux sont choisis pour être des harmoniques de la fréquence générée la plus basse f 1 . Lorsque l’on arrête d’imposer le potentiel sur une électrode, une partie de l’énergie électrique est stockée pendant quelques dizaines de microsecondes à l’interface entre l’électrode et le milieu. Ce phénomène d’impédance de contact entraîne une erreur dans la mesure et implique la nécessité d’introduire un temps mort entre deux excitations successives pour attendre que cette énergie se dissipe. La génération de signaux continus a pour avantage de ne jamais désexciter les tensions imposées et donc d’éviter les erreurs liées à l’impédance de contact ainsi que la nécessité d’introduire des temps morts. Avec un nombre de 16 électrodes, on génère un ensemble de signaux d’excitation à 15 fréquences différentes (selon [Math 2]) et à 120 fréquences différentes (selon [Math 5]). Considérant le taux d’échantillonnage du système d’acquisition, par exemple de 1 MS/s, les fréquences peuvent être choisies telles que f i = i * f 0 où f 0 est la fréquence fondamentale et i est compris entre 1 et 15 ou 1 et 120, respectivement. En outre, dans le cas avec 15 fréquences, les transformées de Fourier discrètes peuvent être choisies pour être faites à P = 32 points car on ne considère que les résultats positifs. Cela résulte en un taux d’acquisition des données d’images de 1 * 10 6 / 32 = 31 250 images par seconde. Ce choix implique que la fréquence de signal sinusoïdal la plus basse f 1 soit égale à celle de la fréquence de calcul des transformées de Fourier discrètes, et que la fréquence la plus élevée f 15 = 15 * f 0 = 468,875 kHz, soit en-dessous de la limite de Nyquist de 500 kHz du système considéré. Les amplitudes d'excitation sont déterminées de la façon suivante. La génération de tension et les modules d’acquisition fonctionnent dans un intervalle de ± 10 V. Considérant les tensions V n exc , l’amplitude A des sinusoïdes doit être significativement plus faible que la somme des sinusoïdes générées en raison des interférences constructives. Toutefois, l’amplitude A du signal doit être aussi grande que possible pour minimiser le signal-sur-bruit. Une autre limite à prendre en considération est la variation maximale autorisée entre deux potentiels générés successivement. Un contrôle en temps réel dans le système d’acquisition permet de choisir une valeur satisfaisante de A = 0,15 V, qui donne des pics de résonnance à ± 2,25 V. La transition rapide entre des valeurs positives et négatives du signal empêche l’apparition d’effets électrolytiques. Par exemple, un phénomène d’électrolyse dans l’eau apparaît lorsque l’on impose une tension continue supérieure à 1,2 V. Ce phénomène n’apparaît pas pour des tensions alternatives supérieures à 1,2 V si ces tensions varient suffisamment rapidement. Obtention d’une matrice de données D Dans une deuxième sous-étape, une matrice de données D est obtenue à partir des points de données M n . Pour le système considéré à 16 électrodes et utilisant les modules NI-9223, un format de données en virgule fixe de 20 bits alloués au nombre, y compris 5 bits pour les chiffres de précision, peut être utilisé. L’index n des électrodes, compris entre 1 et 16, et le coefficient de Fourier k, compris entre 1 et 15, peuvent être décrits par des nombres binaires codés sur 4 bits. Pour un système à 32 électrodes, chaque module de point de donnée M n (k) est codé avec les nombres n et k sous la forme suivante : où le format à virgule fixe est utilisé avec s : signé/non signé ; b : nombre de bits alloués ; p : nombre de bits pour la précision . Les données M n (k) sont encodées au format U32. Les n e points de données mesurés sur les n e électrodes pour un coefficient de Fourier k donné, c’est-à-dire pour une fréquence donnée f m , donnent le vecteur de données suivant : où les M n (k) sont des entiers encodés au format U32. Les n e – 1 vecteurs peuvent être concaténés en une matrice de données D : si la forme d’excitation [Math 2] est mise en œuvre, ou si la forme d’excitation [Math 5] est mise en œuvre. La taille des données est alors S = n e (n e – 1). Seuls les modules des transformées de Fourier font partie des données. Pour une image, la taille des données est S * 32 bits = 4 kB. En comparaison, le procédé décrit dans les publications [2], [3], [4] aboutit à 127 kB de données pour une image, sans information supplémentaire sur les conditions aux limites. Ainsi, le procédé de mesure mis en œuvre par le système selon l’invention permet un taux d’acquisition d’images plus important et permet également de réduire la taille des données d’un facteur n e / 2 par rapport au procédé décrit dans les publications [2], [3], [4]. Obtention d’une matrice de données signée Dans une troisième sous-étape, on obtient une matrice de données signée, qui est représentative d’une image. Les transformées de Fourier donnent un module et une phase. Le signe de chaque point de donnée est estimé à partir de la phase. Ainsi, considérant un signal d’excitation imposé à chaque électrode E n à une fréquence f m ayant la forme : la phase du signal s’exprime : La phase du courant I l meas (t) mesuré à l’électrode E l à la fréquence f m est : En supposant un échantillonnage synchrone entre l’entrée du signal analogique AI et la sortie du signal échantillonné AO, le décalage de phase entre le potentiel d’excitation et le courant mesuré est : Le décalage de phase dépend de la conception des capteurs TIE et de la nature de l’écoulement au sein du corps. Si le décalage de phase est important, des effets d’enveloppement peuvent rendre impossible la reconstruction du signe des données. En effet, la phase est symétrique à une transformation de 2πN, où N est un entier. Si la phase est supérieure à 2π, elle est enveloppée sur elle-même. Les deux cas suivants ont été identifiés : Dans le premier cas, le signe des points de données est calculé à partir de l’équation précédente. L’élément de la matrice de données signée correspondant au k-ième coefficient de Fourier et à la n-ième électrode est alors : Dans le deuxième cas, les effets d’enveloppement empêchent l’estimation du signe de D n k . On introduit alors une matrice de signes Σ pour allouer un signe arbitraire aux données. La matrice de signes Σ est estimée à partir du signe du signal d’excitation à t = 0 pour une harmonique donnée à une électrode donnée par l’introduction de la fonction de signe : avec V n meas tel que défini précédemment. La matrice de signes Σ est plus particulièrement définie de sorte que ses lignes représentent les signes d’une fonction cosinus en alternance avec ceux d’une fonction sinus ayant un nombre entier de périodes sur chaque ligne. Les deux premières lignes ont une unique période et le nombre de périodes augmente d’une unité pour chaque paire de lignes suivantes. Autrement dit, si la forme d’excitation [Math 2] est mise en œuvre, les lignes de la matrice de signes Σ sont définies telles que le i-ième élément de la j-ième ligne est le signe de cosinus ([2π/([j+1]/2)]*(i-1)/n e ) pour j impair et sinus ([2π/(j/2)]*(i-1)/n e ) pour j pair. Par exemple, le premier élément de la première ligne de la matrice de signes est le signe de cosinus(0), soit +. Pour un nombre d’électrodes n e égal à 16, le signe du cinquième élément de la première ligne est le signe de cosinus (2π*[4/16]), soit 0. Ainsi, la première ligne de la matrice de signes représente les signes d’une période d’une fonction cosinus, soit les signes de cosinus (2π*(i-1)/n e ) pour le i-ième élément de la ligne. La deuxième ligne représente les signes d’une période d’une fonction sinus, soit les signes de sinus (2π*(i-1)/n e ). La troisième ligne représente les signes de deux périodes d’une fonction cosinus, soit les signes de cosinus ([2π/2]*(i-1)/n e ). La quatrième ligne représente les signes de deux périodes d’une fonction sinus, soit les signes de sinus ([2π/2]*(i-1)/n e ). La cinquième ligne représente les signes de trois périodes d’une fonction cosinus, soit les signes de cosinus ([2π/3]*(i-1)/n e ), et ainsi de suite jusqu’à la (n e -1)-ième ligne. Par exemple, pour un dispositif à 16 électrodes, la matrice de signes prend la forme illustrée en FIG. 9 . Pour un dispositif à 32 électrodes, la matrice de signes prend la forme illustrée en FIG. 10 . Si la forme d’excitation [Math 5] est mise en œuvre, le signe opposé est attribué à l'électrode d'excitation la plus proche, notamment pour une électrode de mesure située à égale distance entre deux électrodes d'excitation. L'amplitude est expérimentalement mesurée pour être de l'ordre de O(10−7) A, correspondant à une contribution négligeable aux données. L’utilisation d’une telle matrice de signes permet d’optimiser le traitement des données pour former une image. Elle permet d’estimer le signe de chaque point de donnée et de reconstruire une image. Pour un décalage de phase important, c’est-à-dire supérieur ou égal à π/2, les amplitudes signées arbitrairement des n e – 1 motifs d’excitation des n e électrodes, autrement dit les éléments de la matrice de données signée correspondants au k-ième coefficient de Fourier et à la n-ième électrode, sont donnés par : Implémentation algorithmique La partie HÔTE du système d’acquisition envoie en continu les paramètres de fréquences et d’amplitudes au FPGA du système d’acquisition. La FIG. 6 illustre un algorithme de génération des signaux d’excitation des 16 électrodes. Avec le système considéré, le FPGA reçoit les points de données 16 par 16 dans une boucle cadencée à 1 MS/s pour créer 16 signaux analogiques. Dans une première étape, le système est initialisé. Au départ, le FPGA est vide. L’HÔTE charge le FPGA puis les modules NI-9262 sont réinitialisés. Dans une deuxième étape, une requête d’interruption est envoyée et reçue. Une interruption matérielle est utilisée pour avertir l’HÔTE lorsque le FPGA est prêt à commencer l’acquisition de données. Le FPGA attend la validation de l’HÔTE pour commencer l’acquisition. Dans une troisième étape, une vérification de l’échantillonnage est effectuée. Une fonction de génération d’impulsion d’échantillon est appelée pour commencer la génération des points de données. La fréquence à laquelle la fonction est appelée détermine le taux d’échantillonnage pour la génération des points de données. En parallèle, une fonction d’écriture de statut d’E/S est appelée à la même fréquence pour vérifier le statut de chaque échantillon généré. Dans une quatrième étape, des fonctions de signaux d’excitation digitaux sont générés. L’HÔTE commande le FPGA pour commencer la génération des fonctions des signaux d’excitation. Dans une cinquième étape, les signaux d’excitation analogiques sont générés. Les seize signaux d’excitation sont envoyés aux électrodes. Dans une sixième étape, l’HÔTE confirme la génération des signaux et signale d’éventuelles erreurs au niveau de l’HÔTE ou du FPGA. Les étapes 1 et 2 sont effectuées une fois au lancement de l’algorithme. Les étapes 3 à 6 son itérées pour chaque point de sortie à la fréquence d’échantillonnage. La fréquence d’échantillonnage peut être comprise entre 10 kHz et 500 MHz, de préférence entre 500 kHz et 50 MHz. La FIG. 7 représente un algorithme de traitement des données reçues des électrodes 100. La mesure de tensions aux bornes des résistances R permet de déduire les conditions aux limites de Neumann pour la mise en œuvre de l’algorithme de reconstitution d’image. Le taux d’acquisition de 1 MS/s sur 16 canaux correspond à un taux de transfert de données de 320 MB/s. L’utilisation de transformées de Fourier rapides, en considérant uniquement les coefficients de Fourier liés à un signal généré, permet de réduire la taille des données sans impacter leur qualité. Cela agit également comme un filtre de bande efficace. Cependant, le calcul en temps réel de 16 transformées de Fourier rapides requiert une capacité de calcul élevée. Le FPGA, qui autorise la transformation en temps réel et en parallèle des signaux en leurs composants de Fourier sur plusieurs canaux, est un outil adapté à la réalisation de cette tâche. Dans une première étape A, le système est initialisé. Le FPGA réinitialise les modules d’acquisition de signaux analogiques NI-9223. Dans une seconde étape B, les mémoires sont configurées. L’HÔTE configure et démarre un accès direct à la mémoire du FPGA. Le FPGA configure et démarre seize files d’attentes premier entré premier sorti pour assurer la communication des seize canaux de mesure avec leurs calculs de transformées de Fourier rapides. Dans une troisième étape C, une requête d’interruption est envoyée et reçue. Une interruption matérielle permet de s’assurer que les files d’attente et l’accès direct à la mémoire sont prêts. Dans une quatrième étape D, l’échantillonnage est vérifié. Une fonction de génération d’impulsion d’échantillon est appelée pour contrôler la fréquence d’échantillonnage et une fonction de lecture de statut d’E/S est appelée à la même fréquence pour vérifier le statut de chaque échantillon et signaler une erreur éventuelle à l’HÔTE. Dans une cinquième étape E, les signaux de mesure analogiques sont acquis. La fonction de lecture d’E/S est configurée pour lire un unique échantillon de chaque canal de chaque module NI-9223. Cette fonction est appelée à 1 MHz et régulée par la fonction de génération d’impulsion d’échantillon. Dans une sixième étape F, la transformée de Fourier rapide de chaque canal est calculée dans une boucle à 1 MHz. Le temps de calcul est déterminé par le nombre P de points considérés pour la transformée de Fourier. Une fois les P points de données mesurées transférés pour les calculs de transformée de Fourier, la fonction restitue les P coefficients de Fourier un par un à chaque itération de la boucle de transformée de Fourier. Dans un second temps, les amplitudes des coefficients de Fourier sont calculées à une fréquence de 1 MHz. Dans une septième étape G, l’adressage des données est effectué. Les points de données d’amplitude au format U32 forment avec le coefficient de Fourier (au format U16) correspondant et le canal correspondant (au format U16) un élément de donnée au format U64. A chaque itération de la boucle de transformée de Fourier, 16 éléments pour les 16 canaux sont écrits dans la mémoire à accès direct pour être transmis à l’HÔTE. Dans une huitième étape H, la matrice de données est construite. L’HÔTE attend que la mémoire à accès direct collecte au moins 240 éléments, représentant une image de données complète. L’adresse de la n-ième électrode et le coefficient de Fourier associé avec l’amplitude sont utilisés pour former la matrice de données D. Dans une neuvième étape I, les matrices de données sont enregistrées. Les données sont utilisées pour effectuer une reconstruction d’image en temps réel ou pour être enregistrées. L’image est basée sur un algorithme de reconstruction itérative de moindre carré en une étape, par exemple l’algorithme décrit dans la publication [5]. La reconstruction d’images en temps réel peut générer de l’ordre d’une centaine d’images par seconde. Dans une dixième étape J, l’acquisition des signaux est confirmée et une vérification d’erreurs est effectuée. La synchronisation des modules de génération et de mesure de signaux analogiques est vérifiée et les éventuelles erreurs sont signalées. Les étapes A à C sont effectuées une fois au lancement de l’algorithme. Les étapes D à G sont itérées pour chaque point de sortie à la fréquence d’échantillonnage. Une fois qu’une matrice complète de données contenant n e *(n e – 1) points de données est acquise, l’algorithme passe à l’étape H. Les étapes H à J sont itérées à la fréquence d’acquisition des images. La fréquence d’échantillonnage peut être comprise entre 10 kHz et 500 MHz, de préférence entre 500 kHz et 50 MHz. La FIG. 8 représente, sur les graphiques de la partie gauche, les signaux d’excitation pour six des seize électrodes. Chaque signal est constitué d’une somme de 15 fonctions sinusoïdales. Les lignes continues des graphiques de droite de la FIG. 8 représentent, dans l’espace de Fourier équivalent, les amplitudes des tensions mesurées V meas au niveau des résistances R représentées en FIG. 2 , avec R = 200 Ω. Les lignes discontinues représentent les transformées de Fourier des tensions des signaux générés. On a illustré à la FIG. 11 , les images expérimentales et obtenues par reconstruction par réseau de neurones à partir des matrices de mesure précitées, d’un écoulement d’eau comprenant des bulles d’air, selon l’invention et à titre comparatif les images expérimentales selon l’état de l’art. Il ressort clairement que la détection selon l’invention est bien plus précise que selon l’état de l’art et correspond quasi parfaitement à la situation expérimentale. En fonction des signaux du fluide en écoulement représentatifs d’une ou plusieurs cavitations, l’unité électronique de pilotage automatique 14 modifie ou pas la fréquence de fonctionnement de pompe 20 voire l’interrompt, de sorte à éviter toute surconsommation électrique et le cas échéant prévenir toute casse de la pompe 20. L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits ; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées. D’autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l’invention. En particulier, le procédé mis en œuvre par le système selon l’invention peut utiliser d’autres systèmes d’acquisition que celui décrit. Si dans l’exemple illustré, le nombre d’électrodes du capteur est égal à 16 ou 32, on peut envisager un nombre plus petit, notamment 4 ou 12 électrodes, ou supérieur à 32. Liste des références citées [1] Teague, G. (2002). Mass flow measurement of multi-phase mixtures by means of tomographic techniques . University of Cape Town, Faculty of Engineering, Department of Electrical Engineering. [2] Dupré, A., Mylvaganam, S. (2017). Simultaneous and Continuous Excitation Strategy for High Speed EIT: the ONE-SHOT method . In Proceedings of the 9th World Congress on Industrial Process Tomography, pages 667 – 674. [3] Darnajou, M., Dupre, A., Dang, C., Ricciardi, G., Bourennane, S., Bellis, C. (2019). On the implementation of simultaneous multi-frequency excitations and measurements for electrical impedance tomography . Sensors, 19(17). [4] Darnajou, M., Dupre, A., Dang, C., Ricciardi, G., Bourennane, S., Bellis, C., Mylvaganam, S. (2020). High Speed EIT with Multifrequency Excitation using FPGA and Response Analysis using FDM . IEEE Sensors. [5] https://www.math.colostate.edu/~siamcsu/files/NOSER.pdf Système (1) d’optimisation de la consommation électrique ou production électrique d’équipement fluidique à au moins un composant rotatif, adapté pour être alimenté électriquement ou pour produire de l’électricité, comprenant : - au moins un capteur électrique (2) comprenant une pluralité d’électrodes (100) réparties autour d’un corps de l’équipement fluidique, avec leur extrémité affleurant la surface interne du corps et faisant face au composant rotatif; - un circuit électronique (12) de pilotage des électrodes et de mesure tomographique par impédance électrique, le circuit étant adapté pour respectivement exciter simultanément les électrodes, et mesurer des matrices d’impédance électrique du fluide en écoulement comprenant le cas échéant des bulles de cavitation dans le corps ; - une unité de traitement de signaux (13), adaptée pour reconstruire des images du fluide en écoulement dans le corps à partir des mesures de matrices d’impédance du circuit électronique ; - une unité électronique (14) de pilotage automatique de l’organe de pilotage de l’équipement fluidique, adaptée pour modifier la fréquence de fonctionnement de l’équipement de sorte à ajuster sa puissance électrique de fonctionnement et ainsi ajuster son rapport débit/puissance. Système d’optimisation selon la revendication 1, l’équipement fluidique étant une pompe ou une turbine, l’extrémité des électrodes faisant face à l’extrémité libre des pales de la pompe ou de la turbine ou étant intégrée à celles-ci, l’organe de pilotage étant un variateur de fréquence. Système d’optimisation selon la revendication 1 ou 2, le fonctionnement de l’unité électronique de pilotage automatique de l’équipement fluidique étant asservi à celui de l’unité de traitement des signaux. Système d’optimisation selon l’une des revendications précédentes, comprenant un carter fixé autour du corps de l’équipement fluidique, logeant le capteur électrique avec les électrodes logées et fixées individuellement de manière étanche dans un trou débouchant du corps. Système d’optimisation selon la revendication 4, le carter logeant un port d’alimentation électrique des électrodes. Système d’optimisation selon l’une des revendications précédentes, l’unité de traitement des signaux étant adaptée pour mettre en œuvre un réseau de neurones pour la reconstruction des images. Système d’optimisation selon l’une des revendications précédentes, le circuit de pilotage étant adapté pour mettre en œuvre les étapes suivantes : a/ excitation des électrodes, chaque électrode étant excitée par un potentiel V n exc ayant soit la forme : où A est une amplitude de signal, le nombre d’électrode, θ n est la position angulaire de l’électrode n, f m = m * f 0 est une fréquence d’oscillation, f 0 est une fréquence fondamentale choisie telle que f m soit inférieure à la fréquence de Nyquist du système pour tout m, l’ensemble des entiers naturels impairs, l’ensemble des entiers naturels pairs, soit la forme : dans laquelle, par convention, une somme est identiquement nulle si la valeur de l'indice de départ est supérieure à celle de l'indice final, où : et et avec désignant le (n- 1) ème élément de l’identité définissant le voltage , sous la convention selon laquelle les termes sont toujours disposés dans l'ordre croissant des indices i dans une telle identité, l’excitation étant réalisée soit de manière simultanée sur toutes les électrodes selon [Math 5], soit de manière séquentielle sur un ou plusieurs sous-ensembles d’électrodes ; b/ mesure des propriétés électriques V n meas de l’écoulement du fluide avec les électrodes, c/ traitement des données issues de l’étape b/ de mesure, comportant les sous-étapes suivantes : c1/ pour chaque électrode E n , calcul des points de données M n définis par : où R est la valeur de la résistance utilisée pour la mesure de V n meas avec V n meas = R I n aux bornes de la résistance, P est le nombre de points d’une séquence discrète de mesures du courant I n , p est le temps discret, k est un coefficient de Fourier compris entre 1 et (n e – 1) et β p = (2πp/P), c2/ constitution d’une matrice de données D à partir des points de données M n (k) pour tout n et pour tout k, selon l’équation : si la forme d’excitation [Math 2] est mise en œuvre, ou si la forme d’excitation [Math 5] est mise en œuvre, c3/ constitution d’une matrice de données signée dont les éléments sont définis par l’équation suivante lorsque le décalage de phase Φ n,l (k) entre le potentiel d’excitation à l’électrode l et le courant mesuré à l’électrode n est inférieur à π/2 : et dont les éléments sont définis par l’équation suivante lorsque le décalage de phase Φ n,l (k) entre le potentiel d’excitation à l’électrode l et le courant mesuré à l’électrode n est supérieur ou égal à π/2 : où Σ est une matrice de signes définie de telle sorte que : - si la forme d’excitation [Math 2] est mise en œuvre, le i-ième élément de la j-ième ligne de Σ est le signe de cosinus([2π/([j+1]/2)]*(i-1)/n e ) pour j impair et le signe de sinus([2π/(j/2)]*(i-1)/n e ) pour j pair, - si la forme d’excitation [Math 5] est mise en œuvre, le signe opposé est attribué à l'électrode d'excitation la plus proche, notamment pour une électrode de mesure située à égale distance entre deux électrodes d'excitation, l'amplitude est expérimentalement mesurée pour être de l'ordre de O(10−7) A, correspondant à une contribution négligeable aux données. Système d’optimisation selon la revendication 7, le circuit de pilotage étant adapté pour mettre en œuvre l’étape a/ avec l’ensemble des potentiels V n exc vérifiant la condition : Système d’optimisation selon l’une des revendications précédentes, les électrodes du capteur électrique étant angulairement réparties de manière régulière autour du corps de l’équipement fluidique. Utilisation du système d’optimisation selon l’une des revendications précédentes pour mesurer la cavitation, les bulles d’air, l’absence de fluide et la présence de gaz. Installation industrielle, comprenant au moins un circuit fluidique et un système de d’optimisation selon l’une des revendications 1 à 9.