Many hydraulic system manufacturing companies provide fluid analysis to various industries. The analysis of fluid and debris from machinery plays an important role in the maintenance of hydraulic equipment. These companies have laboratories which provide routine analysis and interpretation of lubricating oil, coolant, grease, diesel and emulsion fluids using analytical techniques.
L'analyse de l'huile des systèmes hydrauliques est comparable à une analyse sanguine. L'analyse peut révéler un bon fonctionnement ou signaler un problème potentiel imminent. Le diagnostic peut aider à prévenir le problème. Cette opération s'inscrit dans le cadre de la maintenance préventive. L'analyse consiste généralement à extraire l'huile du système à l'aide d'une valve d'échantillonnage rapide. Les résultats sont conservés dans des flacons étiquetés et envoyés à des laboratoires autorisés pour analyse. À la réception des résultats, le laboratoire affiche des échelles de couleur indiquant la gravité du problème (de 0 à 4), où 0 correspond à un état normal et 4 à une défaillance imminente en l'absence de maintenance. Les paramètres mesurés lors de l'analyse sont la viscosité de l'huile, l'indice d'acidité totale (TAN), qui indique l'oxydation, et le nombre total de particules, qui indique le métal d'usure et sa teneur en métal. La combinaison de différents types de métaux d'usure peut expliquer l'usure des pièces.
The measurement of particle count is done through spectroscopic techniques such as Laser Induced Breakdown Spectroscopy or LIBS.
Bien que la figure 2 présente une configuration LIBS de base, la détection du métal d'usure dans l'huile à moteur utilise une configuration plus complexe. Un faisceau laser pulsé est atténué par une combinaison polariseur-lame demi-onde, puis focalisé sur un liquide statique ou un jet de liquide. L'intensité du faisceau laser excite les atomes à l'intérieur du jet de liquide et génère un plasma émettant une lueur. En recueillant cette lueur à l'aide d'une lentille d'imagerie et d'un détecteur perpendiculaire au faisceau, il est possible de détecter les raies d'émission du métal d'usure dans l'huile à moteur. Des éléments tels que l'aluminium, le cuivre, le calcium, le fer, le magnésium, le manganèse, le sodium et le zinc présents dans les huiles à moteur usagées peuvent être détectés3. Puisqu'une émission continue est générée immédiatement après la réception de l'impulsion d'énergie et masque les raies spectrales suivantes, il est préférable d'utiliser un générateur de délai pour effectuer la détection après la suppression de ce rayonnement continu initial, ce qui prend généralement quelques millisecondes.
Il est important de résumer les avantages du LIBS par rapport aux méthodes analytiques dans les points suivants3
-Minimal sample preparation
-Rapid analysis
-Operational simplicity
-Relative low cost of analysis
-Broad applicability to both conducting and non-conducting material
LIBS spectra are pretty distinct for different metals and multi element spectra are displayed as shown in Figure 3.
Pour mesurer l'usure du métal dans l'huile à moteur, il faut comparer les avantages et les inconvénients de la mesure statique de l'huile et de la mesure par jet d'huile. La comparaison suivante peut être faite :
- Lors d'une mesure statique d'huile, lorsque le faisceau laser focalisé touche la surface du liquide, des éclaboussures importantes peuvent perturber la mesure et générer du bruit. Le jet de liquide ne pose pas ce problème.
- Les mesures par jet sont plus rapides
- Un échantillon frais est présenté par la mesure du jet au faisceau laser, ce qui améliore la qualité de la mesure
- Le rapport signal sur bruit de la mesure du jet ou la limite de détection (LOD) est 4 fois plus élevé.
La longueur d'onde double harmonique d'un laser Nd:YAG est atténuée par une combinaison polariseur-lame demi-onde. Le faisceau collimaté est focalisé par une lentille de focalisation sur le jet de liquide, ce qui génère un plasma et une lueur. L'information spectrale est collectée par une lentille d'imagerie et focalisée à l'entrée d'un câble à fibre optique relié à un spectromètre.
Allied Scientific Pro offers laser systems in near IR that could potentially have integrated LIBS sensors.
Le faisceau du nettoyeur laser est projeté sur une surface en aluminium et un spectromètre à fibre affiche les spectres LIBS (Double pic) sur la tablette de contrôle des réglages située sur le moteur du nettoyeur laser.
Références :
2- Spectroscopie de claquage induit par laser dans les applications industrielles et de sécurité, A.A. Bolshakov et.al, OSA publishing, Applied Optics, Volume 39, Numéro 13, 2010.
3- Détermination quantitative des métaux d'usure dans les huiles à moteur par spectroscopie de claquage induit par laser : une comparaison entre les jets de liquide et les liquides statiques, P. Yaroshchyk et.al, Spectrochimica Acta, Partie B, 60 (2005).