Como Evitar Falsos positivos numa Câmara de Ultrassons

Que fenómenos de ultrassons são detetados pelas câmaras de ultrassons?

A imagem acústica generalizou-se na indústria para detetar fugas de gás ou outros defeitos (descargas parciais, desgaste mecânico).

Funciona através da captação de ondas sonoras produzidas por defeitos ou fugas. Ao contrário dos detetores de gás sensíveis a um gás específico (ou a uma classe de gases), a imagem acústica deteta fontes sonoras.

Para além das fugas de gás, outros fenómenos podem também emitir ultrassons que são detetáveis pela câmara.

Estes incluem ruído de fluxo em tubos ou cavitação, que ocorre frequentemente em ângulos de tubos ou a jusante de reguladores de pressão. Os ecos, causados pela reflexão do som em superfícies próximas, representam outro tipo de fonte.

Os operadores treinados podem distingui-los de indicações de fugas reais e até utilizá-los para localizar fugas escondidas em áreas que não são diretamente visíveis.

Legenda da foto

Nesta foto, uma imagem da câmara Distran Ultra Pro que mostra a deteção de uma fuga de ar comprimido num atuador, visível no interior da faixa amarela.

Para além da fuga principal, a câmara também deteta um eco acústico na conduta atrás, causado pelo som da fuga que se reflete na superfície plana.

Legenda do vídeo

Neste vídeo, vemos o típico ruído de fluxo ao longo de um tubo. Ao contrário de uma fuga de gás, que normalmente produz uma fonte acústica estacionária, o padrão de som aqui segue o caminho do meio em fluxo – indicando que é devido ao fluxo normal e não a uma fuga.

Caso especial de “fantasmas” e a sua origem

Para além dos fenómenos acima referidos, algumas câmaras acústicas apresentam artefactos ou “fantasmas”. Trata-se de fontes sonoras totalmente artificiais criadas pela própria câmara. No entanto, parecem ser falsos positivos para o utilizador.

Estes artefactos são puramente matemáticos, criados a partir de algoritmos de processamento de sinal, e não correspondem a qualquer som físico no ambiente que está a ser inspecionado. São principalmente causados por uma geometria inadequada do conjunto de microfones (para a frequência que está a ser captada, também designada por aliasing) e/ou pelo algoritmo de captação de imagens acústicas utilizado, bem como pelas suas definições.

Quando está presente uma única fonte sonora, a resposta da câmara acústica não é um simples ponto na imagem acústica.

Em vez disso, como se mostra na imagem, aparece um padrão completo, também designado por função de dispersão pontual (PSF) do conjunto de microfones. Essa PSF depende da geometria e do número de microfones no arranjo.

As fontes (particularmente os lóbulos laterais) podem permanecer visíveis na imagem final, aparecendo como indicações fantasmagóricas que rodeiam a verdadeira fonte.

Legenda da foto

Função de dispersão angular de pontos de uma matriz retangular de 42 microfones. A bolha (ou lóbulo) principal indica a direção da fonte sonora, com lóbulos laterais visíveis aproximadamente 10 dB mais baixos do que o lóbulo principal.

A diferença entre o máximo do lóbulo principal e o lóbulo lateral mais alto é frequentemente referida como gama dinâmica.

Os lóbulos laterais são normalmente removidos da imagem final através da limiarização (remoção de todas as fontes abaixo de um determinado nível, como 10dB abaixo da fonte principal).

No entanto, quando estão presentes várias fontes sonoras, as PSFs de cada fonte interferem, criando uma soma de lóbulos laterais que se tornam difíceis de eliminar.

Estes aparecem na imagem final, criando estes falsos positivos de “fantasmas” ou artefactos, que não representam fontes sonoras reais, como mostra a imagem abaixo.

Uma vez que estes “fantasmas” dependem da posição das fontes sonoras no ambiente, dificultam as inspeções em ambientes industriais típicos, particularmente quando se procuram fugas de gás de pequena a média dimensão.

Legenda

Imagem (de uma inspeção a uma central elétrica) de uma câmara de ultrassons que sofre de artefactos matemáticos “fantasmas” que se manifestam como um padrão em forma de arco que não corresponde a fontes físicas reais.

Estes artefactos de processamento criam desafios para os operadores porque podem aparecer em locais onde normalmente ocorrem fugas de gás genuínas, podendo mascarar problemas reais ou conduzir a falsos positivos.

Legenda

“Fantasmas” numa outra câmara de ultrassons suscetível de apresentar artefactos. Nenhuma das fontes à direita da imagem é real, mas resulta de efeitos matemáticos do algoritmo de imagem.

Porque é que as câmaras Distran não apresentam estes “fantasmas”?

As câmaras Distran incorporam vários algoritmos avançados de imagem acústica concebidos para minimizar o aparecimento de artefactos na imagem.

Além disso, a geometria da matriz otimizada por computador assegura um desempenho de imagem ótimo em todas as frequências. Isto dá aos operadores a confiança de que o que vêem no ecrã corresponde a fontes sonoras reais.

Em ambientes ruidosos, a fiabilidade da câmara é crucial para a deteção de gases de pequena dimensão.

Além disso, também reduz a formação necessária do operador e aumenta a reprodutibilidade das campanhas de inspeção de fugas: quanto mais complexo e incómodo for o funcionamento de um dispositivo, maior é a probabilidade de erros e discrepâncias entre os resultados de inspeção de diferentes operadores.

Conclusão

Embora as fontes de ultrassons ambientais (tais como fugas de gás, ruído de fluxo e cavitação) e os ecos sejam fenómenos acústicos legítimos detetados por uma câmara acústica, também podem aparecer “fantasmas” ou artefactos em algumas imagens de câmaras acústicas.

Estes artefactos tornam difícil, mesmo para operadores treinados, a deteção de fugas médias a pequenas em ambientes industriais reais, uma vez que aparecem frequentemente como falsos positivos, criando indicações móveis confusas na imagem acústica.

Como resultado, as fugas mais pequenas ou as fugas em locais inesperados (ou seja, em alturas ou perto do solo) podem ser ignoradas.

Para realizar inspeções fiáveis em ambientes industriais reais e ruidosos, os operadores devem escolher uma câmara acústica que incorpore um processamento de sinal adequado e uma geometria de matriz de microfone adequada que evite a apresentação de artefactos.

As câmaras Distran, como a Ultra Pro e a Ultra Pro X, incorporam geometria de matriz otimizada por computador e algoritmos para reduzir, se não eliminar, estes artefactos, proporcionando um excelente desempenho em ambientes ruidosos, como unidades de refinaria, pavilhões de maquinaria, etc., onde não perder uma fuga é fundamental.