De nombreuses entreprises de fabrication de systèmes hydrauliques offrent des analyses de fluides à divers secteurs industriels. L'analyse des fluides et des débris provenant des machines joue un rôle important dans l'entretien des équipements hydrauliques. Ces entreprises disposent de laboratoires qui effectuent des analyses et des interprétations de routine des huiles de lubrification, des liquides de refroidissement, des graisses, du diesel et des fluides émulsifiés à l'aide de techniques analytiques. Des trousses d'analyse d'huile hydraulique sont généralement utilisées pour ce type d'analyse et sont présentées à la figure 1.
Figure 1 : Analyse de l'huile hydraulique1
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.
La mesure du nombre de particules est effectuée par des techniques spectroscopiques telles que la spectroscopie de claquage induit par laser (LIBS). La figure 2 présente un schéma d'une mesure LIBS typique.
Figure 2 : Schéma d'une mesure LIBS typique2
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
Préparation minimale des échantillons
Analyse rapide
Simplicité opérationnelle
Coût d'analyse relativement faible
Grande applicabilité aux matériaux conducteurs et non conducteurs
La figure 3 montre les spectres LIBS dans l'huile à moteur affichant la détection de plusieurs métaux
Figure 3 : Spectres LIBS des métaux d'usure dans l'huile à moteur3
Les spectres LIBS sont assez distincts pour différents métaux et les spectres multiéléments sont affichés comme indiqué dans la 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 figure 4 montre le schéma de mesure à partir de la mesure du jet.
La figure 4 montre le schéma de mesure à partir de la mesure du jet.
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 offre des systèmes laser proches de l'infrarouge qui peuvent intégrer des capteurs LIBS. La figure 5 présente un spectre LIBS de l'aluminium obtenu avec un laser à fibre de 1064 nm d'Allied Scientific Pro.
Figure 5 : Des lignes LIBS d'aluminium sont observées sur la tablette de nettoyage laser
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.
Pour plus d'informations sur le système de nettoyage laser d'Allied Scientific Pro, consultez le lien suivant.
https://alliedscientificpro.com/shop?search=laser+cleaning
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).