WO2017109425A2 - Dispositif de détection de fuite dans un réseau de fluide - Google Patents

Dispositif de détection de fuite dans un réseau de fluide Download PDF

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WO2017109425A2
WO2017109425A2 PCT/FR2016/053640 FR2016053640W WO2017109425A2 WO 2017109425 A2 WO2017109425 A2 WO 2017109425A2 FR 2016053640 W FR2016053640 W FR 2016053640W WO 2017109425 A2 WO2017109425 A2 WO 2017109425A2
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pipe section
piezoelectric sensor
detection device
detection
piezoelectric
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Christian Salic
Philippe BAILLY
Jean-Paul Guillaume
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Veolia Environnement
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/24—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using infrasonic, sonic, or ultrasonic vibrations
    • G01M3/243—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using infrasonic, sonic, or ultrasonic vibrations for pipes

Definitions

  • the present disclosure relates to a device and method for leak detection in a fluid network, for easily and efficiently detecting a leak in a fluid network.
  • Such a device or method may in particular be used to detect, or even to locate, a leak in a drinking water distribution network, to cite only this example.
  • hydrophones have the disadvantage of being intrusive and therefore require disassembly or drilling of the existing pipe to install the hydrophone. This operation is restrictive, expensive and time consuming. Dismantling of the pipeline also requires a shutdown of the water supply, and must therefore be planned long in advance to warn subscribers of the cut.
  • it is necessary that their components in contact with water are chemically compatible and obtain a certificate of sanitary compliance.
  • prolonged immersion in water leads to a gradual deterioration of hydrophone sensitivity due to corrosion, biofilm, or particle accumulation.
  • hydrophone membranes vis-à-vis hydraulic shocks (also called "water hammer").
  • non-intrusive to detect the vibrations generated by the leaks is to use non-intrusive accelerometers placed in direct contact with the pipe itself or on accessories of this pipe (example: valve maneuvering squares).
  • non-intrusive accelerometers placed in direct contact with the pipe itself or on accessories of this pipe (example: valve maneuvering squares).
  • the sensitivity of these accelerometers is reduced to the extent that they can only measure the vibrations perpendicular to a limited contact surface of the pipe.
  • the present disclosure relates to a leak detection device in a fluid network comprising a pipe section, a piezoelectric sensor wound around the pipe section, and a module for analyzing a signal from the piezoelectric sensor.
  • this device has the advantage of not being intrusive: indeed, to achieve such a detection device, it is sufficient to wind a wire or a strip of piezoelectric material around an existing pipe for example and connect it to an analysis module that can be easily arranged or attached to or near the pipeline. This intervention is fast, easy, and does not necessarily require cutting fluid flow.
  • the piezoelectric sensor is not in contact with the fluid, it is not subject to any constraints of chemical or biological compatibility with the fluid. In addition, it is not likely to be damaged or altered by contact with the fluid. In any case, in case of failure, it is quick and easy to replace the piezoelectric sensor.
  • such a device can exploit the frequency bands ranging from 0.001 Hz to 1 GHz: the exploitation of low frequencies, especially less than 10 Hz, impossible with conventional accelerometers , then allows to detect distant leaks, located more than 250 m in particular, whose high frequency components are rapidly attenuating. This also makes it easier to detect leaks in non-metallic pipes, and in particular plastic pipes, which attenuate the high frequencies more rapidly.
  • the fluid network is a water transport or distribution network. However, it could also be a transport network or distribution of any other fluid, liquid or gaseous.
  • the fluid network may consist of plastic pipes, metal or any other material. The same network may consist of several types of materials.
  • the coefficient d31 of the piezoelectric sensor is greater than or equal to 23 pC / N.
  • the coefficient d31 of a piezoelectric material is one of the coefficients of the piezoelectric tensor connecting the tensor of deformations applied to the material and the electric field created by the material in response to this constraint; more specifically, the "31" mode also called “transverse” mode corresponds to the polarization of the sensor in the thickness following the deformation in the longitudinal direction of the sensor. Choosing a material benefiting from a high coefficient d31 then makes it possible to detect the vibrations of the pipe even when these have been strongly attenuated.
  • the thickness of the piezoelectric sensor is less than 100 ⁇ m, preferably less than 10 ⁇ m. Indeed, a low thickness makes it possible to increase the measurement sensitivity of the detection device.
  • the piezoelectric material comprises a piezoelectric polymer, preferably a fluorinated semicrystalline polymer.
  • the piezoelectric material comprises polyvinylidene fluoride (PVDF). It may also include PVDF copolymers. This material has a high coefficient d31 and sufficient flexibility to allow it to be wrapped around a pipe. Its shaping can also be easily controlled to obtain thin sensors.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the piezoelectric sensor is wound around the pipe section over at least two full turns, preferably at least three full turns.
  • a winding over several complete revolutions makes it possible to increase the gain of the signals related to leaks but also to reduce the signal gain of the background noise.
  • a two-revolution winding on average provides a 4dB increase in the gain of the leakage signals compared to a single-turn winding, and provides a reduction in dB of the background noise signal with respect to that winding. even winding on a single turn.
  • the combination of these two effects makes it possible to obtain an even greater increase in the relative gain between the leakage signals and the background noise signal, which facilitates the detection of leaks above the background noise.
  • the piezoelectric sensor is a piezoelectric wire.
  • the piezoelectric sensor is a piezoelectric band. Its width is preferably between 1 and 100 mm.
  • the analysis module is configured to operate at least the frequencies between 0.001 and 10 Hz.
  • the analysis module includes a low pass filter having a lower 3dB cutoff frequency or equal to 100 Hz, preferably less than or equal to 20 Hz, more preferably less than or equal to 10 Hz.
  • the pipe section has a dyoung module of less than 2.7 GPa.
  • This detection device was particularly suitable for detecting leaks when it was stuck to a low modulus pipe section dYoung, that is to say pipes rapidly attenuating high frequencies such as a plastic pipe.
  • the pipe section is made of a non-metallic material and preferably a plastic material.
  • the detection device comprises a transmission device configured to transmit an output data from the analysis module.
  • This device thus allows the network operator to retrieve the analysis data and in particular the information of the detection or not of a leak in the network as well as, if necessary other related information such as distance or the flow of the leak.
  • This transmission device can use a remote communication type radio, SMS, GPRS, to name only these examples, or a local communication, such as near-field type, or implementing physical communication ports.
  • the detection device comprises a counter mounted on said pipe section.
  • This counter can be pre-existing to the installation of the piezoelectric sensor.
  • the proximity of such a meter can make it possible to take advantage of certain equipment already existing in the meter, in particular its logic circuit or its emitting head. Some data from the meter can also be used to refine the signal analysis.
  • the analysis module and / or the transmission device is integrated in the counter.
  • the detection device comprises a protective shell mounted around the piezoelectric sensor.
  • a protective shell mounted around the piezoelectric sensor.
  • Such a shell makes it possible to protect the piezoelectric sensor against shocks which could damage it or alter its measurements.
  • it makes it possible to reduce airborne noise and thus reduce the amount of noise in the signal measured by the piezoelectric sensor.
  • Such a shell also makes it possible to seal the piezoelectric sensor.
  • the protective shell includes an electrically conductive layer. This makes it possible to constitute a Faraday cage around the piezoelectric sensor and thus to reduce the electromagnetic disturbances detected by the piezoelectric sensor, for example the peaks at 50 Hz of the commercial current.
  • the conductive layer takes the form of a metal sheet covering the inside of the protective shell. It may especially be made of aluminum, copper or any other metal or metal alloy.
  • the sensing device includes an electrically conductive sheet provided around the pipe section and under the piezoelectric sensor. This sheet makes it possible to complete the Faraday cage. It may especially be made of aluminum, copper or any other metal or metal alloy.
  • a shielded cable connects the piezoelectric sensor to the analysis module.
  • the shield of the shielded cable is connected to the earth on the one hand and to the electrically conductive layer of the protective shell and / or the electrically conductive sheet surrounding the pipe section of somewhere else. This makes it possible to impose a null potential on the Faraday cage and thus to reinforce its effect.
  • the piezoelectric sensor is glued around the pipe section. This embodiment is easy and inexpensive to implement.
  • the present disclosure also relates to a fluid network comprising at least one detection device according to any one of the preceding embodiments.
  • the fluid network comprises a plurality of detection devices according to any one of the preceding embodiments, at least one detection device, preferably each detection device, being more than 200 m apart, preferably more than 250 m, from each of the other detection devices. Thanks to the long range of detection offered by the detection devices of this presentation, it is possible to detect and locate a leak with a reduced number of detection devices and a loose mesh of the network. The cost of such an installation is therefore reduced.
  • At least one detection device preferably each detection device, is more than 400 m, preferably more than 500 m apart, from each of the other detection devices. Thanks to the detection devices of the present disclosure, such an even looser mesh is sufficient to detect a leak in the case where location information of the leak is not desired.
  • the present disclosure also relates to a leak detection method in a fluid network, comprising the following steps: setting up a piezoelectric sensor wound around a pipe section of the fluid network, analyzing the signal from the piezoelectric sensor , and preparing at least one output data revealing the detection or absence of leak detection in the fluid network.
  • At least the frequencies between 0.001 and 10 Hz are exploited in the signal coming from the piezoelectric sensor. It has been seen that such frequency ranges, detectable at using a sensor made of piezoelectric material, it was possible to detect distant leaks and / or present in non-metallic pipes.
  • the frequencies above 100 Hz, preferably above 20 Hz, more preferably above 10 Hz are eliminated.
  • the piezoelectric sensor is placed near a meter. Preferably within 1 meter of the meter. In this paper, distances are distances measured along the mains.
  • the analysis step it is determined whether a leak is detected by comparing the signal with reference signals corresponding to scenarios devoid of leakage.
  • the distance separating said leakage from the piezoelectric sensor is evaluated. In particular, it is possible to evaluate such a distance based on the attenuation of the signal generated by the leak.
  • the method includes a step of transmitting at least one output of the analyzing step to a centralizing device.
  • the method includes a leak location step in which output data for a plurality of piezoelectric sensors distributed at a plurality of network locations is compared to determine an area in which a leakage occurs. In particular, it is possible to compare the evaluated distances separating the leakage of the different sensors.
  • FIG 1 is a profile view of a detection device according to the invention.
  • FIG. 2 is a graph illustrating the frequency spectrum of the signal measured by the device of FIG.
  • FIG 3 is a plan of a network according to the invention.
  • FIG 4 is a sectional view of an alternative embodiment of the sensor of FIG 1.
  • FIG 5 is a graph illustrating the frequency spectrum of the signal measured by the device of FIG 1, for different windings.
  • FIG 1 shows an example of detection device 1 according to the present invention. It comprises a pipe section 10 on which a meter 20 is mounted.
  • the pipe section 10 and the meter 20 are pre-existing and belong to a drinking water distribution network 90, the pipes of which are mainly made of water. plastic.
  • the pipe section 10 is in particular a branch pipe section connecting the network to a consumer: the meter 20 is then the consumption meter of this consumer.
  • This sensor 30 comprises a piezoelectric strip 31 wound circumferentially around the pipe section 10.
  • This strip piezoelectric 31 is made of PVDF; it measures 9 ⁇ thick, has a width of 1 cm and a length corresponds exactly to two turns of the pipe section 10. It is thus wound completely on two turns around the pipe section 10 and glued on the latter to the using a commercial glue.
  • the piezoelectric strip 31 is then connected by means of a cable 32 to an analysis module 21 of the counter 20 comprising calculation and processing means of the logic circuit or microprocessor type.
  • the analysis module 21 analyzes the signal received from the piezoelectric band 31 via the cable 32.
  • This piezoelectric band 31 effectively converts vibrations propagating in the pipe section 10 into an electrical signal.
  • the analysis module 21 applies a low-pass filter having a cutoff frequency of about 100 Hz and then performs the Fourier transform of the signal obtained so as to obtain a spectrum comparable to the curves 40a and 40b of FIG. 2.
  • FIG 2 thus compares the frequency spectra 40a, 40b, 40c of three different leaks with the frequency spectrum 41 of a reference background noise corresponding to a reference night situation without leakage.
  • leakage spectra 40a, 40b, 40c and the reference spectrum 41 in several frequency ranges enabling the analysis module 21 to determine that there is a leak in the network.
  • FIG. 5 compares the frequency spectra of the same leak 42a, 42b, and the same background noise 43a, 43b, when a first sensor 30 according to the present example is used (the piezoelectric band 31 is wound on two complete turns around the pipe section 10) and when a second sensor is used, the piezoelectric band of the second sensor being wound around the pipe section 10 on one turn only.
  • the leakage signal 42a detected by the first sensor is systematically located above the leakage signal 42b detected by the second sensor.
  • the gain of the leakage signal 42a detected by the first sensor is 4dB higher than the gain of the leakage signal 42b detected by the second sensor.
  • the noise signal 43a detected by the first sensor is located most often below the noise signal 43b detected by the second sensor. It is noted in particular that the peaks of the noise signal 43a detected by the first sensor extend significantly less than the peaks of the noise signal 43b detected by the second sensor. On average, it can be calculated that the gain of the noise signal 43a detected by the first sensor is 1 dB lower than the gain of the noise signal 43b detected by the second sensor.
  • a finer analysis of the piezoelectric band signal 31 also enables the analysis module 21 to evaluate the distance of the leak and possibly its flow. In particular, it is possible to calculate the distance of the leak from the calculation of the attenuations of the acoustic intensity measured by the sensor at different frequencies. In particular, the further away a leak is, the higher the frequencies of its spectrum will be attenuated.
  • the analysis module 21 transmits output data, comprising for example a presence or absence of leak indicator, the estimated leakage rate and / or the estimated leakage distance, to the device transmission 22 of the counter 20.
  • This transmission device 22 may be the conventional transmitter head of the counter 20 and thus further transmit the count value of the counter 20.
  • this output data can then be retrieved by remote reading or pedestrian reading and transmitted to a central processing unit.
  • FIG. 3 illustrates an example of a water distribution network 90 comprising a plurality of pipes 91 connecting a plurality of nodes 92.
  • the nodes 92 are thus branch points between several pipes 91 of the distribution network and / or points. consumption of which one or more consumers are connected.
  • This network 90 furthermore comprises several detection devices 1 distributed at several points of the network 90. A distance of between 250 and 1000 m separates each of the detection devices 1.
  • the central computing unit thus retrieves the output data of all the detection devices 1 and, when a leak is detected by certain detection devices 1, compares the output data of the latter so as to identify the zone in which lies the leak.
  • FIG 4 shows an alternative embodiment in which the sensor 30 further comprises a protection equipment of the piezoelectric strip 31 including a metal sheet 33 and a protective shell 34.
  • the metal sheet 33 made for example of aluminum or copper, is wound around the pipe section 10 but is below the piezoelectric band 31; in other words, when construction of the sensor 30, the metal sheet 33 is first put in place by winding and bonding around the pipe section 10, then the piezoelectric strip 31 is put in place by winding and bonding around the metal sheet 33
  • the size of this metal foil 33 is furthermore provided so as to project at least 1 cm above and below the piezoelectric strip 31.
  • the protective shell 34 comprises two plastic half-shells 34a and 34b whose inner surface is metallized, for example using an aluminum foil or copper.
  • the two half-shells 34a, 34b are then assembled around the piezoelectric band 31 by bolting, gluing, riveting or any other means.
  • the upstream and downstream ends of the shell 34 are then in electrical contact with the metal sheet 33 so as to form a Faraday cage all around the piezoelectric band 31.
  • the shell 34 also has a cable passage 34c allowing the cable 32 to penetrate inside the hull 34.
  • the cable 32 is shielded and its shield 32a is connected to the metallized surface of the shell 34 on the one hand and to the earth on the other hand so as to impose a zero potential on the cage of Faraday surrounding the piezoelectric band 31.

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Abstract

Dispositif et procédé de détection de fuite dans un réseau de fluide, permettant de détecter facilement et efficacement une fuite dans un réseau de fluide, le dispositif de détection comprenant un tronçon de canalisation (10), un capteur piézoélectrique (31) enroulé autour du tronçon de canalisation (10), et un module d'analyse (20) d'un signal issu du capteur piézoélectrique (31).

Description

DISPOSITIF DE DETECTION DE FUITE
DANS UN RESEAU DE FLUIDE
DOMAINE DE L'INVENTION
Le présent exposé concerne un dispositif et un procédé de détection de fuite dans un réseau de fluide, permettant de détecter facilement et efficacement une fuite dans un réseau de fluide.
Un tel dispositif ou procédé peut notamment être utilisé pour détecter, voire pour localiser, une fuite dans un réseau de distribution d'eau potable, pour ne citer que cet exemple.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
En France, les réseaux de distribution d'eau potable présentent des pertes d'environ 20% sur le territoire national avec parfois des pertes pouvant atteindre localement près de 40%. D'autres pays connaissent des situations encore plus préoccupantes avec des pertes pouvant monter localement jusqu'à 70%.
Il est donc primordial de pouvoir détecter les fuites présentes dans un réseau de distribution d'eau. Toutefois, il est souvent difficile d'identifier et de localiser de telles fuites en vue de leur réparation.
Plusieurs techniques existent à ce jour afin de réaliser une telle détection. Parmi ces dernières, les méthodes acoustiques ou vibroacoustiques sont les plus couramment utilisées.
En présence d'une fuite sur une canalisation, l'eau engendre des vibrations lors de son passage à travers l'orifice et à proximité de l'origine de la fuite. Ces vibrations se propagent à la fois par la canalisation et la veine liquide : les vibrations de la paroi engendrent des variations de pression dans la veine liquide et des dilatations circonférentielles
(variations de diamètre) de la canalisation.
Afin de détecter de telles vibrations, il est possible tout d'abord d'utiliser des hydrophones intrusifs placés en contact avec la veine liquide de la canalisation qui vont capter les variations de pression de l'eau.
Toutefois, ces hydrophones présentent l'inconvénient d'être intrusifs et donc de nécessiter un démontage ou un perçage de la canalisation existante afin d'installer l'hydrophone. Cette opération est contraignante, coûteuse et prend du temps. Un démontage de canalisation nécessite en outre une coupure de l'alimentation en eau, et doit donc être planifiée longtemps en avance pour avertir les abonnés de la coupure. En outre, compte tenu du caractère intrusif des hydrophones, il est nécessaire que leurs composants en contact avec l'eau soient chimiquement compatibles et obtiennent une attestation de conformité sanitaire. De plus, l'immersion prolongée dans l'eau entraîne une altération progressive de la sensibilité des hydrophones en raison de la corrosion, du biofilm ou de l'accumulation de particules. De plus, il a été constaté une fragilité des membranes d'hydrophone vis-à-vis des chocs hydrauliques (aussi appelés « coups de béliers »).
Une autre option, non intrusive, pour détecter les vibrations engendrées par les fuites consiste à utiliser des accéléromètres non- intrusifs posés en contact direct avec la canalisation elle-même ou sur des accessoires de cette canalisation (exemple : carrés de manœuvre de vannes). Toutefois, la sensibilité de ces accéléromètres est réduite dans la mesure où ils ne peuvent mesurer que les vibrations perpendiculaires à une surface de contact limitée de la canalisation.
En conséquence, les systèmes existants de détection de fuites ne permettent pas de détecter de manière fiable les fuites à plus de 250m.
Il existe donc un réel besoin pour un dispositif et un procédé détection de fuite dans un réseau de fluide qui soient dépourvus, au moins en partie, des inconvénients inhérents aux méthodes connues précitées.
PRESENTATION DE L'INVENTION
Le présent exposé concerne un dispositif de détection de fuite dans un réseau de fluide comprenant un tronçon de canalisation, un capteur piézoélectrique enroulé autour du tronçon de canalisation, et un module d'analyse d'un signal issu du capteur piézoélectrique.
Grâce à un tel dispositif, il est possible de détecter une fuite dans un réseau de fluide de manière facile, efficace et peu coûteuse. Tout d'abord, ce dispositif présente l'avantage de ne pas être intrusif : en effet, pour réaliser un tel dispositif de détection, il suffit d'enrouler un fil ou une bande de matériau piézoélectrique autour d'une canalisation existante par exemple et de la connecter à un module d'analyse qui peut être facilement disposé ou fixé sur ou à proximité de la canalisation. Cette intervention est donc rapide, facile, et ne nécessite pas obligatoirement de couper la circulation de fluide. En outre, le capteur piézoélectrique n'étant pas au contact du fluide, il n'est soumis à aucune contrainte de compatibilité chimique ou biologique avec le fluide. De plus, il ne risque pas de s'endommager ou de s'altérer au contact du fluide. En tout état de cause, en cas de défaillance, il est rapide et aisé de remplacer le capteur piézoélectrique.
De plus, contrairement aux dispositifs de détection non-intrusifs actuels, un tel dispositif permet d'exploiter les bandes de fréquences allant de 0,001 Hz à 1 GHz : l'exploitation des basses fréquences, notamment inférieures à 10 Hz, impossible avec les accéléromètres conventionnels, permet alors de détecter des fuites lointaines, situées à plus de 250 m notamment, dont les composantes à hautes fréquences s'atténuent rapidement. Ceci permet également de détecter plus facilement les fuites dans les canalisations non-métalliques, et notamment plastiques, qui atténuent plus rapidement les hautes fréquences.
II est intéressant également de noter que le coût d'un capteur en matériau piézoélectrique est bien moins élevé que celui des accéléromètres conventionnellement utilisés.
Dans certains modes de réalisation, le réseau de fluide est un réseau de transport ou de distribution d'eau. Il pourrait toutefois également s'agir d'un réseau de transport ou de distribution de tout autre fluide, liquide ou gazeux. Le réseau de fluide peut être constitué de canalisations plastiques, métalliques ou tout autre matériau. Un même réseau peut être constitué de plusieurs types de matériaux.
Dans certains modes de réalisation, le coefficient d31 du capteur piézoélectrique est supérieur ou égal à 23 pC/N. Par définition, le coefficient d31 d'un matériau piézoélectrique est l'un des coefficients du tenseur piézoélectrique reliant le tenseur des déformations appliqué au matériau et le champ électrique créé par le matériau en réponse à cette contrainte ; plus précisément, le mode "31" également appelé mode "transverse" correspond à la polarisation du capteur dans l'épaisseur suite à la déformation dans le sens longitudinal du capteur. Choisir un matériau bénéficiant d'un coefficient d31 élevé permet alors de détecter les vibrations de la canalisation même lorsque ces dernières ont été fortement atténuées.
Dans certains modes de réalisation, l'épaisseur du capteur piézoélectrique est inférieure à lOOpm, de préférence inférieure à 10 pm. En effet, une épaisseur faible permet d'augmenter la sensibilité de mesure du dispositif de détection.
Dans certains modes de réalisation, le matériau piézoélectrique comprend un polymère piézoélectrique, de préférence un polymère semi- cristallin fluoré.
Dans certains modes de réalisation, le matériau piézoélectrique comprend du polyfluorure de vinylidène (PVDF). Il peut également comprendre des copolymères de PVDF. Ce matériau bénéficie d'un coefficient d31 élevé et d'une souplesse suffisante pour lui permettre d'être enroulé autour d'une canalisation. Sa mise en forme peut en outre être facilement contrôlée pour obtenir des capteurs de faible épaisseur.
Dans certains modes de réalisation, le capteur piézoélectrique est enroulé autour du tronçon de canalisation sur au moins deux tours complets, de préférence sur au moins trois tours complets. Les inventeurs ont en effet constaté que ceci permettait d'augmenter facilement la sensibilité du dispositif de détection. En particulier, un enroulement sur plusieurs tours complets permet d'augmenter le gain des signaux liés à des fuites mais également de réduire le gain du signal du bruit de fond. Par exemple, un enroulement sur deux tours complets permet en moyenne d'obtenir une augmentation de 4dB du gain des signaux de fuite par rapport à un enroulement sur un seul tour et offre une réduction de ldB du signal de bruit de fond par rapport à ce même enroulement sur un seul tour. Ainsi, la combinaison de ces deux effets permet d'obtenir une augmentation d'autant plus importante du gain relatif entre les signaux de fuite et le signal de bruit de fond, ce qui facilite la détection des fuites pardessus le bruit de fond.
Dans certains modes de réalisation, le capteur piézoélectrique est un fil piézoélectrique.
Dans certains modes de réalisation, le capteur piézoélectrique est une bande piézoélectrique. Sa largeur est comprise de préférence entre 1 et 100 mm.
Dans certains modes de réalisation, le module d'analyse est configuré pour exploiter au moins les fréquences comprises entre 0,001 et 10 Hz.
Dans certains modes de réalisation, le module d'analyse comprend un filtre passe-bas ayant une fréquence de coupure à 3dB inférieure ou égal à 100 Hz, de préférence inférieure ou égale à 20 Hz, de préférence encore inférieure ou égale à 10 Hz.
Dans certains modes de réalisation, le tronçon de canalisation possède un module dYoung inférieur à 2,7 GPa. Les inventeurs ont constaté en effet que ce dispositif de détection était particulièrement adapté pour détecter des fuites lorsqu'il était collé à un tronçon de canalisation à faible module dYoung, c'est-à-dire des canalisations atténuant rapidement les hautes fréquences telles qu'une canalisation en plastique.
Dans certains modes de réalisation, le tronçon de canalisation est en matériau non-métallique et de préférence en matériau plastique.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif de détection comprend un dispositif de transmission configuré pour transmettre une donnée de sortie issue du module d'analyse. Ce dispositif permet ainsi à l'exploitant du réseau de récupérer les données d'analyse et notamment l'information de la détection ou non d'une fuite dans le réseau ainsi que, le cas échéant d'autres informations connexes telles que la distance ou le débit de la fuite. Ce dispositif de transmission peut utiliser une communication à distance du type radio, SMS, GPRS, pour ne citer que ces exemples, ou une communication locale, du type champ proche par exemple, ou mettant en œuvre des ports de communication physiques.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif de détection comprend un compteur monté sur ledit tronçon de canalisation. Ce compteur peut être préexistant à la mise en place du capteur piézoélectrique. La proximité d'un tel compteur peut permettre de profiter de certains équipements déjà existants dans le compteur, notamment son circuit logique ou sa tête émettrice. On peut également utiliser certaines données provenant du compteur pour affiner l'analyse du signal.
Dans certains modes de réalisation, le module d'analyse et/ou le dispositif de transmission est intégré dans le compteur.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif de détection comprend une coque de protection montée autour du capteur piézoélectrique. Une telle coque permet de protéger le capteur piézoélectrique contre les chocs qui pourraient l'endommager ou altérer ses mesures. En outre, elle permet de réduire les bruits acoustiques aériens et donc de réduire la quantité de bruit dans le signal mesuré par le capteur piézoélectrique. Une telle coque permet également d'assurer l'étanchéité du capteur piézoélectrique.
Dans certains modes de réalisation, la coque de protection comprend une couche conductrice d'électricité. Ceci permet de constituer une cage de Faraday autour du capteur piézoélectrique et donc de réduire les perturbations électromagnétiques détectées par le capteur piézoélectrique, par exemple les pics à 50Hz du courant commercial.
Dans certains modes de réalisation, la couche conductrice prend la forme d'une feuille métallique recouvrant l'intérieur de la coque de protection. Elle peut notamment être réalisée en aluminium, en cuivre ou en tout autre métal ou alliage métallique.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif de détection, comprend une feuille conductrice d'électricité prévue autour du tronçon de canalisation et sous le capteur piézoélectrique. Cette feuille permet de compléter la cage de Faraday. Elle peut notamment être réalisée en aluminium, en cuivre ou en tout autre métal ou alliage métallique.
Dans certains modes de réalisation, un câble blindé connecte le capteur piézoélectrique au module d'analyse.
Dans certains modes de réalisation, le blindage du câble blindé est connecté à la terre d'une part et à la couche conductrice d'électricité de la coque de protection et/ou à la feuille conductrice d'électricité entourant le tronçon de canalisation d'autre part. Ceci permet d'imposer un potentiel nul à la cage de Faraday et donc de renforcer son effet.
Dans certains modes de réalisation, le capteur piézoélectrique est collé autour du tronçon de canalisation. Ce mode de réalisation est facile et peu coûteux à mettre en œuvre.
Le présent exposé concerne également un réseau de fluide comprenant au moins un dispositif de détection selon l'un quelconque des modes de réalisations précédents.
Dans certains modes de réalisation, le réseau de fluide comprend une pluralité de dispositifs de détection selon l'un quelconque des modes de réalisations précédents, au moins un dispositif de détection, de préférence chaque dispositif de détection, étant distant de plus de 200 m, de préférence de plus de 250 m, de chacun des autres dispositifs de détection. Grâce à la longue portée de détection offerte par les dispositifs de détection du présent exposé, il est possible de détecter et de localiser une fuite avec un nombre réduit de dispositifs de détection et un maillage lâche du réseau. Le coût d'une telle installation est donc réduit.
Dans certains modes de réalisation, au moins un dispositif de détection, de préférence chaque dispositif de détection, est distant de plus de 400 m, de préférence de plus de 500 m, de chacun des autres dispositifs de détection. Grâce aux dispositifs de détection du présent exposé, un tel maillage encore plus lâche est suffisant pour détecter une fuite dans le cas où des informations de localisation de la fuite ne sont pas souhaitées.
Le présent exposé concerne également un procédé de détection de fuite dans un réseau de fluide, comprenant les étapes suivantes : mise en place d'un capteur piézoélectrique enroulé autour d'un tronçon de canalisation du réseau de fluide, analyse du signal issu du capteur piézoélectrique, et préparation d'au moins une donnée de sortie révélant la détection ou l'absence de détection de fuite dans le réseau de fluide.
Dans certains modes de réalisation, au cours de l'étape d'analyse, on exploite dans le signal issu du capteur piézoélectrique au moins les fréquences comprises entre 0,001 et 10 Hz. On a vu en effet que de telles gammes de fréquences, détectables à l'aide d'un capteur en matériau piézoélectrique, permettaient de détecter des fuites éloignées et/ou présentes dans des canalisations non-métalliques.
Dans certains modes de réalisation, au cours de l'étape d'analyse, on élimine les fréquences supérieure à 100 Hz, de préférence supérieures à 20 Hz, de préférence encore supérieures à 10 Hz.
Dans certains modes de réalisation, le capteur piézoélectrique est mis en place à proximité d'un compteur. De préférence, à moins d'un mètre du compteur. Dans le présent exposé, les distances correspondent à des distances mesurées le long des canalisations du réseau.
Dans certains modes de réalisation, on détermine si un fluide circule dans le tronçon de canalisation en recherchant dans le signal une trace caractéristique d'un flux local dans le tronçon de canalisation. Cette information peut ensuite servir pour améliorer la précision de l'analyse du signal, les vibrations ne se propageant pas de la même manière dans la canalisation en présence ou en absence d'une circulation de fluide dans la canalisation. Dans certains modes de réalisation, au cours de l'étape d'analyse, on détermine si une fuite est détectée en recherchant dans le signal une trace caractéristique d'une telle fuite.
Dans certains modes de réalisation, au cours de l'étape d'analyse, on détermine si une fuite est détectée en comparant le signal avec des signaux de référence correspondant à des scénarios dépourvus de fuite.
Dans certains modes de réalisation, au cours de l'étape d'analyse, en cas de détection d'une fuite, on évalue la distance séparant ladite fuite du capteur piézoélectrique. Il est notamment possible d'évaluer une telle distance en se basant sur l'atténuation du signal généré par la fuite.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend une étape de transmission d'au moins une donnée de sortie de l'étape d'analyse à un dispositif de centralisation.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend une étape de localisation de fuite au cours de laquelle les données de sortie relatives à plusieurs capteurs piézoélectriques répartis en plusieurs endroits du réseau sont comparées pour déterminer une zone dans laquelle se situe une fuite. Il est possible en particulier de comparer les distances évaluées séparant la fuite des différents capteurs.
Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation du dispositif et du procédé proposés. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les dessins annexés sont schématiques et visent avant tout à illustrer les principes de l'invention.
Sur ces dessins, d'une figure (FIG) à l'autre, des éléments (ou parties d'élément) identiques sont repérés par les mêmes signes de référence.
La FIG 1 est une vue de profil d'un dispositif de détection selon l'invention.
La FIG 2 est un graphe illustrant le spectre de fréquence du signal mesuré par le dispositif de la FIG 1
La FIG 3 est un plan d'un réseau selon l'invention. La FIG 4 est une vue en coupe d'une variante de réalisation du capteur de la FIG 1.
La FIG 5 est un graphe illustrant le spectre de fréquence du signal mesuré par le dispositif de la FIG 1, pour différents enroulements.
DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLE(S) DE REALISATION
Afin de rendre plus concrète l'invention, un exemple de procédé et de dispositif de détection est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Il est rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple.
La FIG 1 représente un exemple de dispositif de détection 1 selon la présente invention. Il comprend un tronçon de canalisation 10 sur lequel est monté un compteur 20. Dans le présent exemple, le tronçon de canalisation 10 et le compteur 20 sont préexistants et appartiennent à un réseau 90 de distribution d'eau potable dont les canalisations sont majoritairement réalisées en plastique. Le tronçon de canalisation 10 est en particulier un tronçon de canalisation de branchement connectant le réseau à un consommateur : le compteur 20 est alors le compteur de consommation de ce consommateur.
II comprend en outre un capteur 30 monté sur le tronçon de canalisation 10 à proximité du compteur 20, ici moins de 20 cm en amont du compteur 20. Ce capteur 30 comprend une bande piézoélectrique 31 enroulée circonférentiellement autour du tronçon de canalisation 10. Cette bande piézoélectrique 31 est réalisée en PVDF ; elle mesure 9 μιτι d'épaisseur, possède une largeur de 1 cm et une longueur correspond exactement à deux tours du tronçon de canalisation 10. Elle est ainsi enroulée complètement sur deux tours autour du tronçon de canalisation 10 et collée sur ce dernier à l'aide d'une colle du commerce.
La bande piézoélectrique 31 est ensuite connectée à l'aide d'un câble 32 à un module d'analyse 21 du compteur 20 comprenant des moyens de calcul et de traitement du type circuit logique ou microprocesseur.
A intervalle régulier, ou de manière continue selon le choix de l'exploitant du réseau, le module d'analyse 21 analyse le signal reçu de la bande piézoélectrique 31 via le câble 32. Cette bande piézoélectrique 31 convertit en effet en un signal électrique les vibrations se propageant dans le tronçon de canalisation 10.
Dans cet exemple, le module d'analyse 21 applique un filtre passe- bas ayant une fréquence de coupure d'environ 100 Hz puis effectue la transformée de Fourier du signal obtenu de sorte à obtenir un spectre comparable aux courbes 40a et 40b de la FIG 2.
La FIG 2 compare ainsi les spectres de fréquences 40a, 40b, 40c de trois fuites différentes avec le spectre de fréquences 41 d'un bruit de fond de référence correspondant à une situation nocturne de référence dépourvue de fuite.
On constate ainsi des différences notables entre les spectres de fuite 40a, 40b, 40c et le spectre de référence 41 dans plusieurs gammes de fréquences permettant au module d'analyse 21 de déterminer qu'il existe une fuite dans le réseau.
La FIG 5 compare par sa part les spectres de fréquences d'une même fuite 42a, 42b, et d'un même bruit de fond 43a, 43b, lorsqu'un premier capteur 30 selon le présent exemple est utilisé (la bande piézoélectrique 31 est enroulée sur deux tours complets autour du tronçon de canalisation 10) et lorsqu'un deuxième capteur est utilisé, la bande piézoélectrique de ce deuxième capteur étant enroulée autour du tronçon de canalisation 10 sur un tour seulement.
On constate ainsi clairement que le signal de fuite 42a détecté par le premier capteur est systématiquement situé au-dessus du signal de fuite 42b détecté par le deuxième capteur. En moyenne, on peut calculer que le gain du signal de fuite 42a détecté par le premier capteur est supérieur de 4dB au gain du signal de fuite 42b détecté par le deuxième capteur.
Par ailleurs, on note que le signal de bruit 43a détecté par le premier capteur est situé le plus souvent en-dessous du signal de bruit 43b détecté par le deuxième capteur. On note en particulier que les pics du signal de bruit 43a détecté par le premier capteur s'étendent nettement moins haut que les pics du signal de bruit 43b détecté par le deuxième capteur. En moyenne, on peut calculer que le gain du signal de bruit 43a détecté par le premier capteur est inférieur de ldB au gain du signal de bruit 43b détecté par le deuxième capteur. Une analyse plus fine du signal de la bande piézoélectrique 31 permet également au module d'analyse 21 d'évaluer la distance de la fuite et éventuellement son débit. Il est notamment possible de calculer la distance de la fuite à partir du calcul des atténuations de l'intensité acoustique mesurées par le capteur à différentes fréquences. En particulier, plus une fuite sera éloignée, plus les fréquences élevées de son spectre seront atténuées.
Une fois l'analyse terminée, le module d'analyse 21 transmets des données de sortie, comprenant par exemple un indicateur de présence ou d'absence de fuite, le débit de fuite estimé et/ou la distance de fuite estimée, au dispositif de transmission 22 du compteur 20. Ce dispositif de transmission 22 peut être la tête émettrice conventionnelle du compteur 20 et ainsi transmettre en outre la valeur de comptage du compteur 20.
Selon le type du dispositif de transmission 22, ces données de sortie peuvent alors être récupérées par relève à distance ou relève piétonnière et transmises à une unité centrale de calcul.
La FIG 3 illustre un exemple de réseau de distribution d'eau 90 comprenant une pluralité de canalisations 91 reliant une pluralité de nœuds 92. Les nœuds 92 sont ainsi des points d'embranchement entre plusieurs canalisations 91 du réseau de distribution et/ou des points de consommation au niveau desquels sont branchés un ou plusieurs consommateurs.
Ce réseau 90 comprend en outre plusieurs dispositifs de détection 1 répartis en plusieurs points du réseau 90. Une distance comprise entre 250 et 1000 m sépare chacun des dispositifs de détection 1.
L'unité centrale de calcul récupère ainsi les données de sortie de tous les dispositifs de détection 1 et, lorsqu'une fuite est détectée par certains dispositifs de détection 1, compare les données de sortie de ces dernières de manière à identifier la zone dans laquelle se situe la fuite.
La FIG 4 représente une variante de réalisation dans laquelle le capteur 30 comprend en outre un équipement de protection de la bande piézoélectrique 31 incluant une feuille métallique 33 et une coque de protection 34.
La feuille métallique 33, réalisée par exemple en aluminium ou en cuivre, est enroulée autour du tronçon de canalisation 10 mais se situe en dessous de la bande piézoélectrique 31 ; autrement dit, lors de la construction du capteur 30, la feuille métallique 33 est mise tout d'abord en place par enroulement et collage autour du tronçon de canalisation 10, puis la bande piézoélectrique 31 est mise en place à son tour par enroulement et collage autour de la feuille métallique 33. La taille de cette feuille métallique 33 est en outre prévue de manière à dépasser d'au moins 1 cm en amont et en aval de la bande piézoélectrique 31.
La coque de protection 34 comprend pour sa part deux demi- coques plastiques 34a et 34b dont la surface intérieure est métallisée, par exemple à l'aide d'une feuille en aluminium ou en cuivre. Les deux demi- coques 34a, 34b sont alors assemblées autour de la bande piézoélectrique 31 par boulonnage, collage, rivetage ou tout autre moyen. Les extrémités amont et aval de la coque 34 sont alors en contact électrique avec la feuille métallique 33 de manière à former une cage de Faraday tout autour de la bande piézoélectrique 31. La coque 34 possède en outre un passage de câble 34c permettant au câble 32 de pénétrer à l'intérieur de la coque 34.
De plus, dans un tel cas, le câble 32 est blindé et son blindage 32a est connecté à la surface métallisée de la coque 34 d'une part et à la terre d'autre part de manière à imposer un potentiel nul à la cage de Faraday entourant la bande piézoélectrique 31.
Les modes ou exemples de réalisation décrits dans le présent exposé sont donnés à titre illustratif et non limitatif, une personne du métier pouvant facilement, au vu de cet exposé, modifier ces modes ou exemples de réalisation, ou en envisager d'autres, tout en restant dans la portée de l'invention.
De plus, les différentes caractéristiques de ces modes ou exemples de réalisation peuvent être utilisées seules ou être combinées entre elles. Lorsqu'elles sont combinées, ces caractéristiques peuvent l'être comme décrit ci-dessus ou différemment, l'invention ne se limitant pas aux combinaisons spécifiques décrites dans le présent exposé. En particulier, sauf précision contraire, une caractéristique décrite en relation avec un mode ou exemple de réalisation peut être appliquée de manière analogue à un autre mode ou exemple de réalisation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de détection de fuite dans un réseau de fluide comprenant
un tronçon de canalisation (10),
un capteur piézoélectrique (31) enroulé autour du tronçon de canalisation (10), et
un module d'analyse (20) d'un signal issu du capteur piézoélectrique
(31).
2. Dispositif de détection selon la revendication 1, dans lequel l'épaisseur du capteur piézoélectrique (31) est inférieure à 100 m, de préférence inférieure à 10 μιτι.
3. Dispositif de détection selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le matériau piézoélectrique du capteur piézoélectrique comprend un polymère piézoélectrique, de préférence un polymère semi-cristallin fluoré tel que du polyfluorure de vinylidène.
4. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le capteur piézoélectrique (31) est enroulé autour du tronçon de canalisation (10) sur au moins deux tours complets, de préférence sur au moins trois tours complets.
5. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le module d'analyse (20) est configuré pour exploiter au moins les fréquences comprises entre 0,001 et 10 Hz.
6. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le tronçon de canalisation (10) possède un module dYoung inférieur à 2,7 GPa.
7. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le tronçon de canalisation est en matériau non-métallique, de préférence en matériau plastique.
8. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant
un dispositif de transmission (22) configuré pour transmettre une donnée de sortie issue du module d'analyse (21), et
un compteur (20) monté sur ledit tronçon de canalisation (10), dans lequel le module d'analyse (21) et dispositif de transmission (22) sont intégrés dans le compteur (20).
9. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant
une feuille conductrice d'électricité (33) prévue autour du tronçon de canalisation (10) et sous le capteur piézoélectrique (31), et
une coque de protection (34) montée autour du capteur piézoélectrique (31), ladite coque de protection (34) comprenant une couche conductrice d'électricité.
10. Réseau de fluide comprenant au moins un dispositif de détection 1 selon l'une quelconque des revendications précédentes.
11. Réseau de fluide selon la revendication 10, comprenant une pluralité de dispositifs de détection (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel au moins un dispositif de détection (1) est distant de plus de 250 m, de préférence de plus de 500 m, de chacun des autres dispositifs de détection (1).
12. Procédé de détection de fuite dans un réseau de fluide, comprenant les étapes suivantes :
mise en place d'un capteur piézoélectrique (31) enroulé autour d'un tronçon de canalisation (10) du réseau de fluide (90), et
analyse du signal issu du capteur piézoélectrique (31),
préparation d'au moins une donnée de sortie révélant la détection ou l'absence de détection de fuite dans le réseau de fluide (90).
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel le capteur piézoélectrique (31) est mis en place à proximité d'un compteur (20), et dans lequel, au cours de l'étape d'analyse, on détermine si un fluide circule dans le tronçon de canalisation (10) en recherchant dans le signal une trace caractéristique d'un flux local dans le tronçon de canalisation.
14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, dans lequel, au cours de l'étape d'analyse, en cas de détection d'une fuite, on évalue la distance séparant ladite fuite du capteur piézoélectrique (31).
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, comprenant
une étape de transmission d'au moins une donnée de sortie de l'étape d'analyse à un dispositif de centralisation, et
une étape de localisation de fuite au cours de laquelle les données de sortie relatives à plusieurs capteurs piézoélectriques (31) répartis en plusieurs endroits du réseau (90) sont comparées pour déterminer une zone dans laquelle se situe une fuite.
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