ISO 18081:2016

Non-destructive testing - Acoustic emission testing (AT) - Leak detection by means of acoustic emission

ISO 18081:2016 specifies the general principles required for leak detection by acoustic emission testing (AT). It is addressed to the application of the methodology on structures and components, where a leak flow as a result of pressure differences appears and generates acoustic emission (AE). It describes phenomena of the AE generation and influence of the nature of fluids, shape of the gap, wave propagation and environment. The different application methods, instrumentation and presentation of AE results is discussed. Also included are guidelines for the preparation of application documents which describe specific requirements for the application of the AE method. Different application examples are given. Unless otherwise specified in the referencing documents, the minimum requirements of this International Standard are applicable.

Essais non destructifs — Contrôle par émission acoustique — Détection de fuites par émission acoustique

ISO 18081:2016 définit les principes généraux exigés pour la détection de fuites au moyen du contrôle par émission acoustique. La présente Norme internationale traite de l'application de la méthodologie sur les structures et les composants, lorsqu'un écoulement de fuite dû à des différences de pression se produit et génère une émission acoustique (EA). Elle décrit les phénomènes de génération d'EA et l'impact de la nature des fluides, de la forme de l'espace, de la propagation des ondes et de l'environnement. Les différentes méthodes d'application, l'instrumentation et la présentation des résultats de l'EA sont décrites. La présente norme contient également les lignes directrices relatives à la préparation des documents d'application, qui décrivent les exigences spécifiques pour l'application de la méthode par EA. Différents exemples d'application sont donnés. Sauf spécification contraire dans les documents de référence, les exigences minimales de la présente Norme internationale sont applicables.

General Information

• Status: Withdrawn
• Publication Date: 23-May-2016
• ICS: 19.100 - Non-destructive testing
• Technical Committee: ISO/TC 135/SC 9 - Acoustic emission testing
• Drafting Committee: ISO/TC 135/SC 9 - Acoustic emission testing
• Current Stage: 9599 - Withdrawal of International Standard
• Start Date: 01-Jul-2024
• Completion Date: 13-Dec-2025

Relations

• Consolidates: ISO 6605:2002 - Hydraulic fluid power - Hoses and hose assemblies - Test methods
• Effective Date: 06-Jun-2022
• Revised: ISO 18081:2024 - Non-destructive testing - Acoustic emission testing (AT) - Leak detection by means of acoustic emission
• Effective Date: 06-Jun-2022

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 18081
First edition
2016-06-01
Non-destructive testing — Acoustic
emission testing (AT) — Leak
detection by means of acoustic
emission
Essais non destructifs — Contrôle par émission acoustique —
Détection de fuites par émission acoustique
Reference number
©
ISO 2016
© ISO 2016, Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Personnel qualification . 2
5 Principle of acoustic emission method . 2
5.1 The AE phenomenon. 2
5.2 Influence of different media and different phases . 3
5.3 Influence of pressure differences . 4
5.4 Influence of geometry of the leak path . 4
5.5 Influence of wave propagation . 4
6 Applications . 5
7 Instrumentation . 5
7.1 General requirements . 5
7.2 Sensors . 5
7.2.1 Typical frequency ranges (band widths) . 5
7.2.2 Mounting method . 6
7.2.3 Temperature range, wave guide . 6
7.2.4 Intrinsic safety . 6
7.2.5 Immersed sensors . 6
7.2.6 Integral electronics (amplifier, RMS converter, ASL converter, band pass). 6
7.3 Portable and non-portable AT instruments . 6
7.4 Single and multichannel AT equipment . 6
7.4.1 Single-channel systems . 6
7.4.2 Multi-channel systems . 6
7.5 Measuring features (RMS, ASL vs. hit or continuous AE vs. burst AE) . 7
7.6 Verification using artificial leak noise sources . 7
8 Test steps for leak detection . 7
8.1 Sensor application . 7
8.2 Measured features . . 8
8.3 Background noise . 8
8.3.1 Environmental noise . 8
8.3.2 Process noise . 8
8.4 Data acquisition . 8
9 Location procedures . 9
9.1 General considerations . 9
9.2 Single sensor location based on AE wave attenuation. 9
9.3 Multi-sensor location based on Δt values (linear, planar) . 9
9.3.1 Threshold level and peak level timing method. 9
9.3.2 Cross correlation method .10
9.4 Wave type and wave mode based location .11
10 Data presentation .11
10.1 Numerical data presentation (level-meter) .11
10.2 Parametric dependent function (e.g. pressure) .11
10.3 Frequency spectrum .12
11 Data interpretation .12
11.1 Leak validation .12
11.1.1 On-site (during test) and off-site (post analysis) .12
11.1.2 Correlation with pressure .12
11.1.3 Rejection of false indications .12
11.2 Leakage rate estimation .13
11.3 Demands on follow-up actions .13
12 Quality management documents .13
12.1 Test procedure .13
12.2 Test instruction .13
13 Test documentation and reporting .14
13.1 Test documentation .14
13.2 Test report .15
Annex A (normative) Examples of leak detection .16
Bibliography .28
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Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical
Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
ISO 18081 was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee
CEN/TC 138, Non-destructive testing, in collaboration with ISO Technical Committee TC 135, Non-
destructive testing, Subcommittee SC 9, Acoustic emission testing, in accordance with the agreement on
technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
INTERNATIONAL STANDARD ISO 18081:2016(E)
Non-destructive testing — Acoustic emission testing (AT)
— Leak detection by means of acoustic emission
1 Scope
This International Standard specifies the general principles required for leak detection by acoustic
emission testing (AT). It is addressed to the application of the methodology on structures and
components, where a leak flow as a result of pressure differences appears and generates acoustic
emission (AE).
It describes phenomena of the AE generation and influence of the nature of fluids, shape of the gap,
wave propagation and environment.
The different application methods, instrumentation and presentation of AE results is discussed.
Also included are guidelines for the preparation of application documents which describe specific
requirements for the application of the AE method.
Different application examples are given.
Unless otherwise specified in the referencing documents, the minimum requirements of this
International Standard are applicable.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 9712, Non-destructive testing — Qualification and certification of NDT personnel
ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
EN 1330-1, Non-destructive testing — Terminology — Part 1: General terms
EN 1330-2, Non-destructive testing — Terminology — Part 2: Terms common to the non-destructive
testing methods
EN 1330-9, Non-destructive testing — Terminology — Part 9: Terms used in acoustic emission testing
EN 13477-1, Non-destructive testing — Acoustic emission — Equipment characterisation —
Part 1: Equipment description
EN 13477-2, Non-destructive testing — Acoustic emission — Equipment characterisation —
Part 2: Verification of operating characteristics
EN 13554, Non-destructive testing — Acoustic emission testing — General principles
EN 60529, Degrees of protection provided by enclosures (IP Code)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in EN 1330-1, EN 1330-2 and
EN 1330-9 and the following apply.
NOTE The definitions of leak, leakage rate, leak tight are those defined in EN 1330-8.
4 Personnel qualification
It is assumed that acoustic emission testing is performed by qualified and capable personnel. In order
to prove this qualification, it is recommended to certify the personnel in accordance with ISO 9712.
5 Principle of acoustic emission method
5.1 The AE phenomenon
See Figure 1.
Key
1 fluid
2 AE sensor
Figure 1 — Schematic principle of acoustic emission and its detection
The continuous acoustic emission in the case of a leak, in a frequency range, looks like an apparent
increase in background noise, depending on pressure.
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Table 1 — Influence of the different parameters on the AE activity
Parameter Higher activity Lower activity
gas
Test media liquid
two phase
5.2 Viscosity low high
Type of flow turbulent laminar
Fluid velocity high low
5.3 Pressure difference high low
Shape of leak crack like hole
5.4 Length of leak path long short
Surface of leak path rough smooth
5.2 Influence of different media and different phases
The detectability of the leak depends on the fluid type and its physical properties. These will contribute
to the dynamic behaviour of the leak flow (laminar, turbulent) (see Table 1).
In contrast to turbulent flow, the laminar flow does not in general, produce detectable acoustic emission
signals.
Acoustic signals in conjunction with a leakage are generated by the following:
— turbulent flow of the escaping gas or liquid;
— fluid friction in the leak path;
— cavitations, during two-phase flow (gas coming out of solution) through a leaking orifice;
— the pressure surge generated when a leakage flow starts or stops;
— backwash of particles against the surface of equipment being monitored;
— gaseous or liquid jet (verification source);
— pulsating bubbles;
— explosion of bubbles;
— shock-bubbles on the walls;
— vaporization of the liquid (flashing).
The frequency content of cavitation may comprise from several kHz to several MHz.
Cavitation results in a burst emission whose energy is at least one order of magnitude higher than that
caused by turbulence.
The relative content in gas or air strongly influences the early stage of cavitation.
The acoustic waves generated by leaks can propagate by the walls of the system as well as through any
fluids inside.
Acoustic waves are generated by vibration at ultrasonic frequencies of the molecules of the fluid. The
vibrations are produced by turbulence and occur in the transition between a laminar and a turbulent
flow within the leak path and as these molecules escape from an orifice.
The acoustic waves produced by the above mentioned factors are used for leak detection and location.
5.3 Influence of pressure differences
The pressure difference is the primary factor affecting leak rate. However, the presence of leak
paths may depend on a threshold value of fluid temperature or pressure. Pressure dependent leaks
and temperature dependent leaks have been observed, but in extremely limited number. Pressure-
dependent or temperature-dependent leaks denote a condition where no leakage exists until threshold
pressure or temperature is reached. At this point, the leakage appears suddenly and may be detectable.
When the pressure or temperature is reversed, the leakage follows the prescribed course to the
critical point at which leakage drops to zero. Temperature and pressure are not normally applied in
the course of leak testing for the purpose of locating such leaks. Instead, they are used to force existing
discontinuities to open, so as to start or increase the leakage rate to point of detection.
An example of this effect is the reversible leakages at seals below the service temperature and/or
service pressure.
AE waves emitted by a leak will normally have a characteristic frequency spectrum depending on
the pressure difference and shape of the leak path. Therefore the detectability of the leak depends
on the frequency response of the sensor and this shall be taken into account when selecting the
instrumentation.
5.4 Influence of geometry of the leak path
The AE intensity from a natural complex leak path (e.g. pinhole corrosion, fatigue or stress corrosion
cracks) is generally greater than that produced by leakage from a standard artificial source, such as a
drilled hole used for verification. The main parameters defining the complexity are the cross section,
length and surface roughness of the leak path.
5.5 Influence of wave propagation
Acoustic emission signals are the response of a sensor to sound waves generated in solid media. These
waves are similar to the sound waves propagated in air and other fluids but are more complex because
solid media are also capable of resisting shear force.
Waves that encounter a change in media in which they are propagating may change directions or
reflect. In additions to reflection, the interface causes the wave to diverge from its original line of flight
or refract in the second medium. Also the mode of the wave may be changed in the reflection and/or
refraction process.
An incident wave upon an interface between two media will reflect or refract such that directions of
the incident, reflected and refracted waves all lie in the same plane. This plane is defined by the line
along which the incident wave is propagating and the normal to the interface.
The below factors are important to AE technology:
a) wave propagation has the most significant influence on the form of the detected signal;
b) wave velocity is key to computed source location;
c) sound attenuation governs the maximum sensor spacing that is acceptable for effective detection.
The wave propagation influences the received waveform in the following ways:
— reflections, refractions and mode conversions on the way from source to sensor result in many
different propagation paths of different lengths;
— multiple propagation paths on the way from source to sensor, even in the absence of reflecting
boundaries may be caused by the structure itself. For example, spiral paths on a cylinder;
— separation of different wave components (different modes, different frequencies) travelling at
different velocities;
4 © ISO 2016 – All rights reserved

— sound attenuation (volumetric dispersion, absorption, as well as attenuation due to the first and
third effects listed above).
The sound attenuation is influenced by liquids inside a structure or pipe, which will assist in the
propagation of acoustic waves, while liquids (inside and outside) have a tendency to reduce the
detectable signal of the propagation of the acoustic waves. This effect will depend on the ratio of the
acoustic impedances of the different materials. The AE wave inside will be used normally for the
detection of AE sources over long distances because of the low wave sound attenuation for most liquids.
6 Applications
Acoustic emission testing provides many possibilities to detect leaks from pressurized equipment in
industry and research fields. AT is used in following areas:
a) pressure vessels;
b) pipe and piping systems;
c) storage tanks;
d) boiler drums;
e) boiler tubes;
f) autoclaves;
g) heat exchangers;
h) containments;
i) valves;
j) safety valves;
k) pumps;
l) vacuum systems.
7 Instrumentation
7.1 General requirements
Instrumentation components (hard and software) shall conform to the requirements of EN 13477-1
and EN 13477-2.
7.2 Sensors
7.2.1 Typical frequency ranges (band widths)
The optimum frequency range for leak detection depends very much on the application, the fluid type,
pressure difference at the leak, the leak rate, and the sensor to source distance and more. For example,
the optimum frequency range for tank floor leak detection of atmospheric tanks is around 20 kHz to
80 kHz, because the source to sensor distance can be large and at these frequencies the attenuation
is low. The preferred frequency range for high pressure piping leak detection may go up to 400 kHz
for optimum signal-to-noise ratio in presence of disturbing sources. Leak detection at pipes for low
pressure (e.g. water supply) is usually performed at or below 5 kHz.
Usually, a sensor is in direct contact to a test object. Then a coupling agent must be used between the
sensor and the test object for optimum and stable wave transfer. Durability, consistency, and chemical
composition of the coupling agent must comply with the duration of the monitoring, the temperature
range and the corrosion resistance of the test object.
7.2.2 Mounting method
The mounting method is influenced by the duration of the monitoring. For a temporary installation
on a ferromagnetic test object, a magnetic holder may be the preferred mounting tool. For permanent
installations, sensors might be fastened by metallic clamps or bonded to the test object using a suitable
adhering coupling.
7.2.3 Temperature range, wave guide
The operating temperature range of the AE sensor shall meet the surface temperature conditions of the
test object, otherwise waveguides shall be used between sensor and test object.
7.2.4 Intrinsic safety
If the sensor is to be installed in a potentially explosive atmosphere, the sensor shall be intrinsically
safe and should usually be ATEX conformant in accordance with the classified hazard at the location
where it is to be used. See EN 60079-0, EN 60079-11 and EN 60079-14 for explosion-proof installations.
7.2.5 Immersed sensors
If the sensor is to be immersed in a liquid, the sensor’s IP-code (defined in EN 60529) shall be specified to
at least IP68. Sensor and other immersed accessories shall be tight for the maximum possible pressure
of the liquid.
7.2.6 Integral electronics (amplifier, RMS converter, ASL converter, band pass)
Passive sensors and sensors with an integral pre-amplifier of suitable bandwidth are available. Sensors
with built-in electronics are less susceptible to electromagnetic disturbances, due to the elimination of
a sensor-to-pre-amplifier cable. These sensors are usually a little larger in size and weight and have a
more limited temperature range.
Sensors may also include a signal-to-RMS converter, a signal-to-ASL converter and/or a limit-comparator
with digital output.
7.3 Portable and non-portable AT instruments
An acoustic emission leak detection instrument designed for portable use contains usually one or a
few channels. The choice of a portable device is generally based on several factors, such as cost, test
duration, hazard and availability of external power.
Portable devices are used for valve leak detection.
7.4 Single and multichannel AT equipment
7.4.1 Single-channel systems
Single-channel systems are usually used for a point-by-point search mode, the sensor being moved to
areas of interest over the structure.
7.4.2 Multi-channel systems
Multi-channel systems are mainly used for large structures where the sensor positions are fixed and
one of the location procedures in 9.3 may be applied.
6 © ISO 2016 – All rights reserved

Also, permanently installed instruments for continuous remote structural health monitoring, for leak
detection in the piping network of nuclear plants, are often used in multi-channel configurations.
7.5 Measuring features (RMS, ASL vs. hit or continuous AE vs. burst AE)
Simple instruments measure continuously as a function over time the ASL (the arithmetic average of
the logarithm of the rectified AE signal over a specified period of time) and/or RMS (the square root
of the average of squared AE signal over a specified period of time) and/or peak amplitudes within a
specified period of time, and display the results.
On some of the instruments the resulting functions over time can be shown for each channel numerically
or graphically and be compared against static or computed alarm levels so alarm conditions may
automatically trigger an alarm.
More sophisticated instruments may also acquire and store waveform data for determination of time
differences by Δ-t-measurement or cross correlation method.
7.6 Verification using artificial leak noise sources
An artificial leak noise source should be used for system verification.
A setup using an air jet or a test block/pipe with a drilled hole passing a controlled flow of gas or liquid
may be used to determine the dependency of stimulation amplitude versus stimulated flow of gas or
liquid and amplitude measured at a certain distance from emitter.
A well reproducible artificial leak noise source, like a passive sensor stimulated by electrical wave, such
as white noise or a sinusoidal signal of a certain frequency from a function generator, may be used for
periodic system verification.
8 Test steps for leak detection
8.1 Sensor application
For aboveground structures, surface-mounted AE sensors with fixed positions are attached in direct
contact to the test object or via acoustic waveguides. The mounting method and useful coupling
materials mainly depend on temperature and duration of measurement (see 7.1).
The quality of sensor coupling can be enhanced by special shoes that conform to the diameter/curvature
of the tested structure.
With leak detection pigs for buried pipelines, the AE sensors are mounted on the pig and measurements
are usually made during the pig run (see A.2). The corresponding position of the pig can be measured
on the basis of an encoder and/or acoustic markers positioned on the outside of the pipe.
The sensors shall be positioned so as to ensure leak location based on appropriate location procedure
(see Clause 9) and to achieve the required location accuracy. Their positions on the structure shall take
into consideration welds, changes of shape that affect flow characteristics, shadowing effects of nozzles
and ancillary attachments, etc.
For preparing the periodic system verification, appropriate locations for artificial stimulation shall be
defined at the test object and the response of certain sensors in various distances to the stimulation
shall be determined and periodically verified.
Prior to the test, wave propagation and attenuation measurements, using a Hsu-Nielsen source or
artificial leak noise sources (see 7.5), shall be performed on the structure in order to determine
the effective wave velocity and to calculate the maximum allowed sensor distance needed for leak
detection with predefined sensitivity. The maximum sensor spacing for detection and location of leaks
is influenced by many factors, such as surface covering by coating, cladding or insulation, background
noise level, test object pressure, type of fluid, type of leak, etc.
8.2 Measured features
In its simplest form leak detection will comprise measurement of the RMS/ASL at each defined sensor
position as a function of time for estimation of approximate location of the source. In addition, pressure
is measured as a function of time and the occurrence of a change in RMS/ASL, can be correlated to
a change of pressure. It is recommended the RMS/ASL is measured as a function of increasing or
decreasing pressure for verification purposes.
For more complex situations for improved diagnosis, other features may be measured, such as the
following:
— crest factor;
— arrival time;
— wave form;
— frequency spectrum;
— related external parameters (e.g. temperature).
8.3 Background noise
The background noise is usually a combination of environmental and process noise.
8.3.1 Environmental noise
Sometimes it is unavoidable that environmental noise, even airborne noise, is picked up in addition to
the sound of interest. This can be noise from weather conditions, road traffic, rail, airplanes, birds, etc.
In such cases, it might be helpful to add a sensor (guard) to monitor the airborne noise (waterborne in
subsea environment) to identify and disregard the environmental noise.
8.3.2 Process noise
Process noise will be created from the in-service conditions of the tested structure. Its influence might
be reduced by
— choosing an appropriate test period,
— isolating from the noise sources, and
— using more sophisticated analysis methods, filtering, pattern recognition.
8.4 Data acquisition
Data acquisition in its simplest form involves point measurements of one variable (e.g. RMS, ASL, or
peak amplitude) in a search mode to detect and locate a leak. Whenever the equipment allows, the
results of all measurements as well as the test parameters shall be stored.
When more advanced equipment is used, the necessary signal parameters shall be acquired and
recorded continuously or periodically.
The duration of the acquisition shall be chosen taking into account the values and fluctuation of the
background noise measurements.
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9 Location procedures
9.1 General considerations
The AE signals from waves caused by a fluid leak are usually continuous superposed by transients
reflecting the nature of the fluid dynamics, leak path, structural response and wave propagation path
in the containment structure.
Various strategies for leak location have been developed.
In general, none of the strategies yields highly accurate location, but for industrial applications even an
approximate location can be very economic.
9.2 Single sensor location based on AE wave attenuation
This strategy uses the attenuation of the AE waves in the containment structure. Near the source the
signal levels will be higher than further away from the source. The position of the leak is assigned to
the measurement position with the highest RMS or ASL.
Often a single sensor hand-held device is used to make the measurements at different positions on a
structure. In this case measurements shall be taken over a longer time span or repeatedly per position
in order to identify possible fluctuations in the AE signal that could affect localization.
A variant of the above is the method of “acoustic field mapping” where point by point measurements are
made following a grid pattern and reported as ISO-amplitude level mapping.
A further application of this methodology is the amplitude difference method with a two-point access.
The calculation can be performed using the amplitude difference at the access points A and B. If the
difference is zero, the source must be on half distance between A and B. At a linear structure with
access points A and B, the source location X can be calculated using Formula (1):
s
05, ∗−UU
()
AB
XX=∗05, − X + (1)
()
sA B
α
where
X is the X-Location of source;
s
X is the X-location of access point A;
A
X is the X-location of access point B;
B
U is the signal level at access point A in dB ;
A AE
U is the signal level at access point B in dB ;
B AE
α is the attenuation constant in dB/m
α must either be known or determined by a measurement at a third access point at a known distance
from A and B.
9.3 Multi-sensor location based on Δt values (linear, planar)
9.3.1 Threshold level and peak level timing method
In this strategy, the attenuation curve is known and several sensors in a location scheme are used to
locate the source from Δt values.
Because the signals are more or less continuous in nature, this method relies on the presence of
superimposed transients on the signals. The arrival times are measured using threshold level and/or
burst signal maximum amplitude.
The result of the threshold level method can be improved by adjusting the threshold per channel based
on the amplitude distribution or the known wave attenuation.
An example of the use of this strategy is planar location on an above ground storage tank floor (see A.4).
9.3.2 Cross correlation method
Correlation commonly refers to a broad class of statistical relationships involving dependence. Cross-
correlation is a measure of similarity of two waveforms as a function of a time-lag applied to one of them.
Although, it is commonly used in order to search for a shorter duration pattern within a long duration
signal, it can be used for other linear measurements. It also has applications in pattern recognition.
In the field of AE, cross correlation has been used to find the time-frequency-pattern of a burst in a
continuous waveform record. The time-lag can be determined between two channels and used for
location calculation. The cross-correlation is defined as:
∞
*
f ∗ gt = fgττ×+tdτ (2)
()() () ()
∫
∞
where
f* denotes the complex conjugate of f.
Similarly, for discrete functions, the cross-correlation is defined as:
∞
     
fn∗ g = fm* ×+gn m (3)
()
∑
     
m=−∞
The cross-correlation is similar in nature to the convolution of two functions.
In an auto-correlation, which is the cross-correlation of a signal with itself, there will always be a peak
at a lag of zero unless the signal is a trivial zero signal. Therefore, it can be used to dig out a signal from
high background noise.
The correlation is always used to include a standardizing factor in such way that correlations have
values between −1 and +1, and the term cross-correlation is used for referring to the correlation corr
(X, Y) between two (random) variables X and Y.
As an example, consider two real functions f and g differing only by an unknown shift along the x-axis.
One can use the cross-correlation to find how much g has to be shifted along the x-axis to make it
identical to f. The formula essentially slides the g -function along the x-axis, calculating the integral of
their product at each position. When the functions match, the value of fg∗ is maximized.
()
For the application in sense of leak detection, the cross-correlation is useful for determining the time
lag between two signals coming from the same source propagating along a pipe across a sensor array.
After calculating the cross-correlation between the two signals, the maximum of the cross-correlation
function indicates the point in time where the signals are best aligned. The time lag between the two
signals is determined by the argument of the maximum (arg.max) of the cross-correlation as:
 
τ =×argmax fg t (4)
()()
lag t
 
In this strategy, the wave packet detected from two or more sensors are cross correlated in order to
determine the time difference between the received signals at the different sensors, resulting from
10 © ISO 2016 – All rights reserved

the different wave propagation paths. Once the time differences are known the normal Δ-t location
algorithms can be used.
In case the previously described methods give a location result with insufficient accuracy, combining
methods may improve the accuracy.
Examples are given in A.2 and A.4.
9.4 Wave type and wave mode based location
This methodology utilizes the different velocity and attenuation characteristics of the different wave
type and wave modes in solids.
Application of this technique for leak detection is at an experimental stage of development.
10 Data presentation
10.1 Numerical data presentation (level-meter)
In its simplest form this is a measure of RMS or ASL and may also include the peak signal level.
10.2 Parametric dependent function (e.g. pressure)
Figure 2 — RMS and pressure vs. time
In the example in Figure 2:
— the pink curve is the absolute pressure (in bar, right axis);
— the blue RMS curve is an AE channel placed in an area where no leak is present. RMS level increases
immediately when pressurization begins, then returns to a lower level when final pressure hold is
reached;
— the green RMS curve is an AE channel placed closed to an un-tight valve, which resulted in a
confirmed water leakage. The RMS increases regularly during the pressure ramp and does not
return to a normal level when the final pressure hold is reached.
When the leaky valve was identified, the tap was tightened and the RMS level on all channels returned
to initial values.
10.3 Frequency spectrum
The sensing frequency range is matched to the application. The measured signals will include leak and
background noise. Spectrum analysis of the signals may provide, e.g. an improved signal to noise ratio
using analogue/digital filtering, wavelet analysis.
Feature or time based filtering or pattern recognition software and waveform streaming analysis may
be used to distinguish the AE signals caused by leakages from the background noise.
11 Data interpretation
11.1 Leak validation
11.1.1 On-site (during test) and off-site (post analysis)
For spot measurements with portable one channel systems, leak indications shall be verified by
measurements around the estimated leak location (e.g. for valves upstream and downstream). By this,
noise from outside can be recognized and distinguished from relevant signals.
For other applications, the validation of a leak may be performed by monitoring the ASL/RMS during
pressure increase. Also, location graphs may show the suspected position. By evaluation of other AE
features (duration, counts, rise time, etc.), the localization process can be improved and located noise
sources can be easily distinguished from the real leak source.
Further analysis after the acquisition, by filtering out noise signals, gives a more clarified view of the
located leak.
11.1.2 Correlation with pressure
Higher pressure difference through a leaking orifice increases the ASL/RMS of the produced AE signals.
The acquired ASL/RMS will be increased only above a certain minimum differential pressure level.
For burst emission application, there is also a pressure limit, which has to be exceeded before the AE
signals can be detected. This pressure limit depends on the size of the orifice, the viscosity of the test
fluid and the distance of the AE sensors from the orifice.
11.1.3 Rejection of false indications
In the case of a leak test, where the sensor can be placed close to the likely leak, the structure has to
be tested on minimum and maximum pressure, in order to identify any possible external noise and
compare the signals.
If noise appears during AE acquisition, due to persistent external noise, multi-channel systems may
identify it by means of the location process.
Noise caused by sand or soil hitting the revealed part of a buried pipeline, or drops (condensation)
falling from a tank roof on the product surface, or operating noise next to a leaking valve, may show
false indications that are located in the same way as a leak.
12 © ISO 2016 – All rights reserved

11.2 Leakage rate estimation
For valve testing, a rough estimation of the leakage rate can be made on the basis of a database. The main
parameters influencing the results are type and size of the valve, fluid type and pressure difference.
After detection of a leak in large structures, the leakage rate could be potentially estimated from the
pressure decrease per minute. Dire
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 18081
Première édition
2016-06-01
Essais non destructifs — Contrôle par
émission acoustique — Détection de
fuites par émission acoustique
Non-destructive testing — Acoustic emission testing (AT) — Leak
detection by means of acoustic emission
Numéro de référence
©
ISO 2016
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ii © ISO 2016 – Tous droits réservés

Sommaire Page
Avant-propos .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Qualification du personnel . 2
5 Principes de la méthode par émission acoustique . 2
5.1 Le phénomène d’EA . 2
5.2 Influence des différents milieux et des différentes phases . 3
5.3 Impact des différences de pression . 4
5.4 Influence de la géométrie du chemin de fuite . 4
5.5 Influence de la propagation des ondes . 4
6 Applications . 5
7 Instrumentation . 5
7.1 Exigences générales . 5
7.2 Capteurs . 5
7.2.1 Gammes de fréquences types (largeur de bande) . 5
7.2.2 Méthode de fixation . . 6
7.2.3 Gamme de températures, guide d’ondes . 6
7.2.4 Sécurité intrinsèque . 6
7.2.5 Capteurs immergés . 6
7.2.6 Dispositifs électroniques intégrés (amplificateur, convertisseur RMS,
convertisseur ASL, filtre passe bande) . 6
7.3 Matériel d’essai d’émission acoustique portable et non portable . 6
7.4 Équipement d’essai d’émission acoustique monovoie et multivoie . 7
7.4.1 Systèmes monovoie . 7
7.4.2 Systèmes multivoies . 7
7.5 Types de mesure (RMS/ASL ou hits; EA continue ou EA par salves) . 7
7.6 Vérification à l’aide de sources de bruit de fuite artificielles . 7
8 Étapes de l’essai de détection de fuite . 7
8.1 Mise en place d’un capteur . 7
8.2 Caractéristiques mesurées. 8
8.3 Bruit de fond . 8
8.3.1 Bruit de l’environnement . 8
8.3.2 Bruit lié au process . 9
8.4 Acquisition des données . 9
9 Modes opératoires de localisation . 9
9.1 Considérations générales . 9
9.2 Localisation à un seul capteur – basée sur l’atténuation des ondes d’EA . 9
9.3 Localisation à plusieurs capteurs - basée sur les valeurs Δt (linéaire, planaire).10
9.3.1 Méthode basée sur la détermination du temps d’arrivée (au dépassement
de seuil et/ou à l’amplitude maximale) .10
9.3.2 Méthode de corrélation croisée .10
9.4 Localisation basée sur le type d’onde et sur le mode d’onde .11
10 Présentation des données .11
10.1 Présentation numérique des données (appareil de mesure de niveau) .11
10.2 Fonction paramétrique (par exemple, pression) .12
10.3 Spectre de fréquences .12
11 Interprétation des données .13
11.1 Validation des fuites .13
11.1.1 Sur site (pendant l’essai) et hors site (analyse différée) .13
11.1.2 Corrélation avec la pression .13
11.1.3 Rejet des indications erronées .13
11.2 Estimation du débit de fuite .13
11.3 Demandes d’actions de suivi .14
12 Documents de management de la qualité .14
12.1 Mode opératoire d’essai .14
12.2 Instruction d’essai .14
13 Documentation et rapport d’essai .15
13.1 Documentation de l’essai .15
13.2 Rapport d’essai .15
Annexe A (normative) Exemples de détection de fuite .17
Bibliographie .29
iv © ISO 2016 – Tous droits réservés

Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/patents).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à
l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes
de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —
Informations supplémentaires.
L’ISO 18081 a été élaborée par le comité technique CEN/TC 138, Essais non-destructifs, du comité
européen de normalisation (CEN), en collaboration avec le comité technique ISO TC 135, Essais
non-destructifs, sous-comité SC 9, Essais d’émission acoustique, conformément à l’accord de coopération
technique entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
NORME INTERNATIONALE ISO 18081:2016(F)
Essais non destructifs — Contrôle par émission acoustique
— Détection de fuites par émission acoustique
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale définit les principes généraux exigés pour la détection de fuites au
moyen du contrôle par émission acoustique. La présente Norme internationale traite de l’application de
la méthodologie sur les structures et les composants, lorsqu’un écoulement de fuite dû à des différences
de pression se produit et génère une émission acoustique (EA).
Elle décrit les phénomènes de génération d’EA et l’impact de la nature des fluides, de la forme de l’espace,
de la propagation des ondes et de l’environnement.
Les différentes méthodes d’application, l’instrumentation et la présentation des résultats de l’EA sont
décrites. La présente norme contient également les lignes directrices relatives à la préparation des
documents d’application, qui décrivent les exigences spécifiques pour l’application de la méthode par EA.
Différents exemples d’application sont donnés.
Sauf spécification contraire dans les documents de référence, les exigences minimales de la présente
Norme internationale sont applicables.
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
l’application du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 9712, Essais non destructifs — Qualification et certification du personnel END
ISO/IEC 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnages et d’essais
EN 1330-1, Essais non destructifs — Terminologie — Partie 1: Liste des termes généraux
EN 1330-2, Essais non destructifs — Terminologie — Partie 2: Termes communs aux méthodes d’essais non
destructifs
EN 1330-9, Essais non destructifs — Terminologie — Partie 9: Termes utilisés en contrôle par émission
acoustique
EN 13477-1, Essais non destructifs — Émission acoustique — Caractérisation de l’équipement —
Partie 1: Description de l’équipement
EN 13477-2, Essais non destructifs — Émission acoustique — Caractérisation de l’équipement —
Partie 2: Vérifications des caractéristiques de fonctionnement
EN 13554, Essais non destructifs — Émission acoustique — Principes généraux
EN 60529, Degrés de protection procurés par les enveloppes (code IP)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’EN 1330-1, l’EN 1330-2,
et l’EN 1330-9 ainsi que les suivants s’appliquent.
NOTE Les définitions des termes «fuite», «débit de fuite» et «étanche» sont celles qui sont définies dans
l’EN 1330-8.
4 Qualification du personnel
Le personnel qui effectue des contrôles par émission acoustique est supposé être qualifié et compétent.
Afin de démontrer cette qualification, il est recommandé de certifier le personnel conformément à
l’ISO 9712.
5 Principes de la méthode par émission acoustique
5.1 Le phénomène d’EA
Voir la Figure 1.
Légende
1 fluide
2 capteur d’EA
Figure 1 — Schéma du principe de l’émission acoustique et de sa détection
En cas de fuite dans la gamme de fréquence, l’émission acoustique continue apparaît comme une
augmentation apparente du bruit de fond, en fonction de la pression.
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Tableau 1 — Impact des différents paramètres sur l’activité de l’AE
Plus grande acti-
Paramètre Plus faible activité
vité
gaz
Milieu d’essai liquide
deux phases
5.2 Viscosité faible élevée
Type d’écoulement turbulent laminaire
Vitesse du fluide élevée faible
5.3 Différence de pression élevée faible
Forme d’une fuite fissure trou
5.4 Longueur du chemin de fuite grande petite
Surface du chemin de fuite rugueuse lisse
5.2 Influence des différents milieux et des différentes phases
La détectabilité de la fuite dépend du type de fluide et de ses propriétés physiques. Ces éléments
contribuent au comportement dynamique de l’écoulement de la fuite (laminaire, turbulent) (voir le
Tableau 1).
Par opposition à un écoulement turbulent, l’écoulement laminaire ne produit généralement pas de
signaux d’émission acoustique détectables.
Les signaux acoustiques d’une fuite sont générés par:
— l’écoulement turbulent du gaz ou du liquide qui s’échappe;
— le frottement du fluide dans le chemin de fuite;
— des cavitations, au cours d’un écoulement diphasique (gaz émanant d’un liquide) à travers un orifice
de fuite;
— la variation de pression générée lorsqu’un écoulement de fuite commence ou s’arrête;
— le remous des particules contre la surface de l’équipement surveillé;
— un jet liquide ou gazeux (vérification de la source);
— la pulsation de bulles;
— l’explosion de bulles;
— le choc des bulles sur les parois;
— une vaporisation du liquide (éclair).
Le contenu fréquentiel de cavitation peut varier de plusieurs kHz à plusieurs MHz.
La cavitation produit une émission par salve, dont l’énergie est au moins celle d’un ordre de grandeur
par rapport à celle qui est provoquée par la turbulence.
La teneur relative en gaz ou en air a un fort impact sur le début de la cavitation.
Les ondes acoustiques générées par des fuites peuvent se propager dans les parois du système ainsi
qu’à travers n’importe quel fluide situé à l’intérieur.
Les ondes acoustiques proviennent des vibrations à des fréquences ultrasonores des molécules du
fluide qui sont produites par la turbulence et apparaissent à la transition entre un flux laminaire et un
flux turbulent dans le chemin de fuite et lorsque ces molécules s’échappent d’un orifice.
Les ondes acoustiques produites par les facteurs mentionnés ci-dessus sont utilisées pour la détection
et la localisation des fuites.
5.3 Impact des différences de pression
La différence de pression est le facteur majeur ayant un impact sur le débit de fuite. Toutefois, la
présence des chemins de fuite peut dépendre d’une valeur limite de la température ou de la pression
du fluide. Des fuites dépendant de la pression comme de la température ont été observées, mais en
nombre extrêmement limité. Les fuites qui dépendent de la pression ou de la température indiquent
une condition où aucune fuite n’existe avant d’avoir atteint une pression ou une température de seuil.
À ce moment, la fuite apparaît brutalement et est susceptible d’être détectée. Lorsque la pression où la
température s’inverse, la fuite suit le cours prescrit jusqu’au point critique auquel elle diminue jusqu’à
zéro. La température et la pression ne sont normalement pas appliquées au cours d’un essai de fuite
ayant pour but de localiser ces fuites. Elles sont plutôt utilisées pour forcer l’ouverture de discontinuités
existantes, afin d’amorcer ou d’augmenter le débit de fuite jusqu’au point de détection.
Les fuites réversibles sur des joints en dessous de la température de service et/ou de la pression de
service constituent un exemple de cet effet.
Les ondes d’EA émises par une fuite possèdent normalement un spectre de fréquences caractéristique
qui dépend de la différence de pression et de la forme du chemin de fuite. La détectabilité de la fuite
dépend donc de la réponse en fréquence du capteur et ce fait doit être pris en compte lors du choix de
l’instrumentation.
5.4 Influence de la géométrie du chemin de fuite
L’intensité d’EA d’un chemin de fuite complexe naturel (par exemple, corrosion par piqûres, fissures
de corrosion de fatigue ou de contrainte) est généralement plus grande que celle qui est produite par
une fuite provenant d’une source artificielle normalisée, telle qu’un trou percé latéralement utilisé pour
la vérification. Les principaux paramètres définissant la complexité sont la section, la longueur et la
rugosité de surface du chemin de fuite.
5.5 Influence de la propagation des ondes
Les signaux d’émission acoustique constituent la réponse d’un capteur à des ondes acoustiques générées
dans des milieux solides. Ces ondes sont similaires aux ondes acoustiques qui se propagent dans l’air et
les autres fluides, mais elles sont plus complexes car les milieux solides sont capables de résister à une
force de cisaillement.
Les ondes qui rencontrent un changement du milieu dans lequel elles se propagent peuvent changer
de direction ou se réfléchir. Outre la réflexion, l’interface provoque la déviation de l’onde par rapport
à sa trajectoire d’origine ou sa réfraction dans le second milieu. Le mode de propagation de l’onde peut
également être changé dans le processus de réflexion et/ou de réfraction.
Une onde incidente sur une interface entre deux milieux se réfléchit ou se réfracte de telle sorte que les
directions des ondes incidente, réfléchie et réfractée sont toutes situées dans le même plan. Ce plan est
défini par la droite le long de laquelle l’onde incidente se propage et la normale à l’interface.
Des facteurs importants pour la technologie par EA sont présentés ci-dessous:
a) la propagation des ondes a l’influence la plus significative sur la forme du signal détecté;
b) la vitesse des ondes est essentielle pour le calcul de localisation de la source;
c) l’atténuation détermine l’espacement maximal des capteurs acceptable pour une détection efficace.
La propagation des ondes a un impact sur la forme d’onde reçue selon les points suivants:
— les réflexions, réfractions et conversions de mode entre la source et le capteur produisent un grand
nombre de chemins de propagation différents de diverses longueurs;
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— des chemins de propagation multiples entre la source et le capteur, même en l’absence d’interfaces
générant des réflexions, peuvent être dus à la structure elle-même. Par exemple, des chemins en
spirale sur un cylindre;
— la séparation des différentes composantes d’une onde (modes différents, fréquences différentes) se
propageant à des vitesses différentes;
— l’atténuation (dispersion volumétrique, absorption et atténuation due aux premier et troisième
effets énumérés ci-dessus).
L’atténuation dépend des liquides contenus dans une structure ou une tuyauterie, qui facilitent la
propagation des ondes acoustiques, tandis que les liquides (situés à l’intérieur et à l’extérieur) ont
tendance à diminuer le signal détectable de la propagation des ondes acoustiques. Cet effet dépendra
des impédances acoustiques relatives des différents matériaux. Les ondes d’EA situées à l’intérieur
seront généralement utilisées pour la détection des sources d’EA sur de longues distances en raison de
la faible atténuation des ondes pour la plupart des liquides.
6 Applications
Le contrôle par emission acoustique (AT) offre un grand nombre de possibilités pour détecter les fuites
de volumes sous pression dans les domaines de l’industrie et de la recherche. L’essai d’EA est utilisée
dans les domaines suivants:
a) appareils sous pression;
b) tuyaux et systèmes de tuyauterie;
c) réservoirs de stockage;
d) calandre de chaudière;
e) tubes de chaudière;
f) autoclaves;
g) échangeurs de chaleur;
h) confinements;
i) vannes;
j) soupapes de sécurité;
k) pompes;
l) installations soumises au vide.
7 Instrumentation
7.1 Exigences générales
Les composants de l’instrumentation (matériels et logiciels) doivent être conformes aux exigences de
l’EN 13477-1 et de l’EN 13477-2.
7.2 Capteurs
7.2.1 Gammes de fréquences types (largeur de bande)
La gamme de fréquences optimale pour la détection de fuite dépend fortement de l’application, du type
de fluide, de la différence de pression au niveau de la fuite, du débit de fuite et de la distance entre le
capteur et la source, etc. Par exemple, la gamme de fréquences optimale pour la détection de fuite des
fonds de bacs atmosphériques se situe aux environs de 20 kHz à 80 kHz, car la distance entre la source
et le capteur peut être importante et l’atténuation est faible à ces fréquences. La plage de fréquences
préférentielle pour la détection de fuites dans une tuyauterie à haute pression peut aller jusqu’à 400 kHz
pour un rapport signal sur bruit optimum en présence de sources perturbatrices. La détection de fuite
sur des tuyaux à basse pression (par exemple, d’alimentation en eau) est habituellement effectuée
à 5 kHz maximum.
Un capteur est habituellement en contact direct avec l’objet soumis à essai. Un agent de couplage doit
alors être utilisé entre le capteur et l’objet soumis à essai pour obtenir une transmission optimum
et stable des ondes. La durabilité, la stabilité dans le temps et la composition chimique de l’agent de
couplage doivent être adaptées à la durée de la surveillance, à la plage de températures et à la résistance
à la corrosion de l’objet soumis à l’essai.
7.2.2 Méthode de fixation
La durée de la surveillance a une influence sur la méthode de fixation. Pour une installation temporaire
sur un objet ferromagnétique soumis à essai, un support magnétique peut constituer l’outil de montage
préférentiel. Pour des installations permanentes, les capteurs peuvent être fixés par des attaches
métalliques ou reliés à l’objet soumis à essai au moyen d’un couplage adhésif approprié.
7.2.3 Gamme de températures, guide d’ondes
La gamme de températures de fonctionnement du capteur d’EA doit correspondre aux conditions de
température de surface de l’objet soumis à essai; dans le cas contraire, des guides d’ondes doivent être
utilisés entre le capteur et l’objet soumis à essai.
7.2.4 Sécurité intrinsèque
Si le capteur est installé dans une atmosphère explosible, il doit posséder une sécurité intrinsèque et
il convient généralement qu’il soit conforme à la règlementation ATEX (en fonction du risque classé à
l’emplacement où il doit être utilisé. Voir dans les normes EN 60079-0, EN 60079-11 et EN 60079-14,
pour les installations à l’épreuve des explosions.
7.2.5 Capteurs immergés
Si le capteur doit être immergé dans un liquide, le code IP du capteur (défini dans l’EN 60529) doit
être spécifié au moins à IP68. Le capteur et les autres accessoires immergés doivent être étanches à la
pression maximale possible du liquide.
7.2.6 Dispositifs électroniques intégrés (amplificateur, convertisseur RMS, convertisseur ASL,
filtre passe bande)
Des capteurs passifs et des capteurs munis d’un préamplificateur intégré ou de bande passante
appropriée sont disponibles. Les capteurs comportant des circuits électroniques incorporés sont moins
sensibles aux perturbations électromagnétiques, en raison de la suppression du câble reliant le capteur
au préamplificateur. Ces capteurs sont habituellement d’une taille et d’un poids légèrement supérieurs
et ont une plage de températures de fonctionnement plus réduite.
Les capteurs peuvent également inclure un convertisseur signal-RMS, un convertisseur signal-ASL
et/ou un comparateur de limites avec sortie numérique.
7.3 Matériel d’essai d’émission acoustique portable et non portable
Une instrumentation de détection de fuite par émission acoustique conçue pour être portable comporte
habituellement une seule voie ou quelques voies. Le choix d’un dispositif portable est généralement
fondé sur plusieurs facteurs tels que le coût, la durée de l’essai, le risque et la disponibilité d’une
alimentation externe.
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Les dispositifs portables sont utilisés pour la détection de fuite d’une vanne.
7.4 Équipement d’essai d’émission acoustique monovoie et multivoie
7.4.1 Systèmes monovoie
Les systèmes monovoie sont habituellement utilisés pour un mode de recherche point par point, le
capteur étant déplacé sur les zones d’intérêt de la structure.
7.4.2 Systèmes multivoies
Les systèmes multivoies sont principalement utilisés pour de grandes structures, lorsque les positions
des capteurs sont fixes et que l’un des modes opératoires de localisation du 9.3 peut être appliqué.
D’autre part, les systèmes installés de manière fixe pour surveiller l’état de la structure à distance en
continu pour la détection de fuites dans le réseau de tuyauteries de centrales nucléaires, sont souvent
utilisés dans des configurations multivoies.
7.5 Types de mesure (RMS/ASL ou hits; EA continue ou EA par salves)
Les systèmes simples mesurent en continu en fonction du temps l’ASL (moyenne arithmétique du
logarithme du signal d’EA redressé sur une période de temps spécifiée) et/ou la RMS (racine carrée de
la moyenne du signal d’EA au carré sur une période de temps spécifiée) et/ou les amplitudes maximales
pendant une période de temps spécifiée, et affichent les résultats.
Sur certains des systèmes, l’évolution des fonctions au cours du temps peut être présentée
numériquement ou graphiquement pour chaque voie et être comparée à des niveaux d’alarme statiques
ou calculés, de sorte que des conditions d’alarme peuvent automatiquement déclencher une alarme.
Des systèmes plus élaborés peuvent également acquérir et enregistrer des données de forme d’onde
pour déterminer les différences de temps par mesure de Δ-t ou méthode de corrélation croisée.
7.6 Vérification à l’aide de sources de bruit de fuite artificielles
Pour vérifier le système, il convient d’utiliser une source de bruit de fuite artificielle.
Un montage utilisant un jet d’air ou un bloc/tuyau d’essai avec un trou percé laissant passer un
écoulement contrôlé de gaz ou de liquide peut être utilisé pour déterminer la relation entre l’amplitude
de la stimulation et l’écoulement de gaz ou de liquide stimulé et l’amplitude mesurée à une certaine
distance de l’émetteur.
Une source de bruit de fuite artificielle de bonne reproductibilité, telle qu’un capteur passif stimulé par
un bruit électrique, tel qu’un bruit blanc ou un signal sinusoïdal d’une certaine fréquence provenant
d’un générateur de fonction, peut être utilisée pour une vérification périodique du système.
8 Étapes de l’essai de détection de fuite
8.1 Mise en place d’un capteur
Pour les structures non enterrées, des capteurs d’EA fixés en surface à des positions fixes sont couplés
par contact direct sur l’objet soumis à essai ou par l’intermédiaire de guides d’ondes acoustiques. La
méthode de fixation et les couplants utilisables dépendent principalement de la température et de la
durée de la mesure (voir 7.1).
La qualité de couplage du capteur peut être améliorée par des semelles spéciales adaptées (ou
conformées) au diamètre/à la courbure de la structure soumise à essai.
Dans le cas de racleurs de détection de fuite pour des pipelines enterrés, les capteurs d’EA sont montés
sur le racleur et les mesures sont généralement effectuées en utilisant la course du racleur (voir A.2). La
position correspondante du racleur peut être mesurée en se basant sur un codeur et/ou des marqueurs
acoustiques positionnés sur l’extérieur du tuyau.
Les capteurs doivent être positionnés de manière à garantir la localisation des fuites en se basant
sur un mode opératoire de localisation approprié (voir Article 9) et de manière à obtenir l’exactitude
de localisation requise. Leurs positions sur la structure doivent tenir compte des soudures, des
changements de forme qui ont un impact sur les caractéristiques d’écoulement, des effets de masquage
par des piquages, des fixations auxiliaires, etc.
Pour préparer la vérification périodique du système, les localisations appropriées pour une stimulation
artificielle doivent être définies sur l’objet soumis à essai et la réponse de certains capteurs à diverses
distances par rapport à la stimulation doit être déterminée et vérifiée périodiquement.
Avant l’essai, des mesures de propagation et d’atténuation doivent être effectuées sur la structure, à
l’aide d’une source Hsu-Nielsen ou de sources de bruit de fuite artificielles (voir 7.5), pour déterminer
la vitesse effective des ondes et pour calculer la distance maximale admissible entre les capteurs,
nécessaire pour une détection de fuite avec une sensibilité prédéfinie. Un grand nombre de facteurs ont
une influence sur l’espacement maximum entre les capteurs pour la détection et la localisation des fuites,
notamment le recouvrement de la surface par un revêtement, un placage ou un calorifuge/frigorifuge,
le niveau du bruit de fond, la pression du système, le type de fluide, le type de fuite, etc.
8.2 Caractéristiques mesurées
Dans sa forme la plus simple, la détection de fuite comprend la mesure des valeurs RMS/ASL en fonction
du temps à chaque position définie des capteurs afin de localiser la source approximativement. De plus,
la pression est mesurée en fonction du temps et la fréquence du changement des valeurs RMS/ASL
peut être corrélée à une variation de pression. Il est recommandé de mesurer les valeurs RMS/ASL en
fonction de l’augmentation ou de la diminution de pression, pour les besoins de la vérification.
Pour des situations plus complexes, d’autres caractéristiques peuvent être mesurées pour améliorer le
diagnostic, par exemple:
— le facteur de crête;
— le temps d’arrivée;
— la forme d’onde;
— le spectre de fréquence;
— d’autres entrées paramétriques (par exemple, la température).
8.3 Bruit de fond
Le bruit de fond est habituellement une combinaison du bruit de l’environnement et du bruit du process.
8.3.1 Bruit de l’environnement
Il est parfois inévitable que le bruit de l’environnement, même le bruit transmis par voie aérienne,
soit capté en plus du bruit recherché. Ce bruit peut provenir des conditions météorologiques, du trafic
routier, du réseau ferré, des avions, des oiseaux, etc.
Dans ce cas, il peut être utile d’ajouter un capteur (de garde) pour surveiller le bruit transmis dans
l’air (ou dans l’eau, dans un environnement sous-marin) pour identifier et éliminer le bruit de
l’environnement.
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8.3.2 Bruit lié au process
Le bruit du process est créé par les conditions d’utilisation de la structure soumise à essai. Son impact
peut être réduit par:
— le choix d’une période d’essai appropriée;
— l’isolation par rapport aux sources de bruit; et
— l’utilisation de méthodes d’analyse plus élaborées, filtrage, reconnaissance de forme.
8.4 Acquisition des données
Dans sa forme la plus simple, l’acquisition des données implique des mesures ponctuelles d’une variable
(par exemple, RMS, ASL ou amplitude maximale) dans un mode de recherche pour détecter et localiser
une fuite. À chaque fois que le système le permet, les résultats de toutes les mesures ainsi que les
paramètres d’essai doivent être enregistrés.
Lorsqu’on utilise un système plus élaboré, les paramètres de signaux nécessaires doivent être acquis et
enregistrés en continu ou périodiquement.
La durée de l’acquisition doit être choisie en tenant compte des valeurs et de la fluctuation des mesures
du bruit de fond.
9 Modes opératoires de localisation
9.1 Considérations générales
Les signaux d’EA des ondes provoquées par des fuites de fluide sont habituellement de nature continue
et superposés à des transitoires correspondant à la nature de la dynamique des fluides, le chemin des
fuites, la réponse structurelle et le chemin de propagation des ondes dans la structure de confinement.
Diverses stratégies de localisation des fuites ont été élaborées.
En général, aucune des stratégies ne fournit une localisation très précise, mais pour des applications
industrielles, même une localisation approchée peut s’avérer très intéressante économiquement.
9.2 Localisation à un seul capteur – basée sur l’atténuation des ondes d’EA
Cette stratégie exploite le phénomène d’atténuation des ondes d’EA dans la structure de confinement.
L’amplitude des signaux est plus importante près de la source que lorsque l’on s’en éloigne. La position
de la fuite est assignée à la position de la mesure où la valeur RMS ou ASL est la plus grande.
On utilise souvent un dispositif portable à capteur unique pour effectuer les mesures à des positions
différentes sur une structure. Dans ce cas, les mesures doivent être effectuées pendant une plus longue
durée ou de façon répétée à chaque position pour identifier les fluctuations possibles du signal d’EA
pouvant avoir un impact sur la localisation.
Une variante de la méthode précédente est la méthode de la « cartographie du champ acoustique » où
des mesures point par point sont effectuées en suivant un maillage et sont rapportées sous forme une
cartographie des courbes de niveau iso-amplitude.
Une autre application de cette méthodologie est la méthode de différence d’amplitude avec un accès en
deux points. Le calcul peut être effectué en utilisant la différence d’amplitude aux points d’accès A et B.
Si la différence est nulle, la source doit se trouver à mi-distance entre A et B. Pour une structure linéaire
avec des points d’accès A et B, l’emplacement de la source X peut être calculée à l’aide de la Formule (1):
s
05, ∗−UU
()
AB
XX=∗05, − X + (1)
()
sA B
α
où
X Emplacement X de la source;
s
X Emplacement X du point d’accès A;
A
X Emplacement X du point d’accès B;
B
U Amplitude du signal au point d’accès A, en dB ;
A AE
U Amplitude du signal au point d’accès B, en dB ;
B AE
α Constante d’atténuation en dB/m
α doit être connue ou déterminée par une mesure en un troisième point d’accès à une distance connue
de A et B.
9.3 Localisation à plusieurs capteurs - basée sur les valeurs Δt (linéaire, planaire)
9.3.1 Méthode basée sur la détermination du temps d’arrivée (au dépassement de seuil et/ou à
l’amplitude maximale)
Selon cette stratégie, la courbe d’atténuation est connue et plusieurs capteurs sont utilisés dans un
schéma de localisation pour localiser la source en fonction des valeurs de Δt.
Puisque les signaux sont de nature plus ou moins continue, cette méthode est basée sur la présence des
transitoires superposés aux signaux. Les temps d’arrivée sont mesurés au moyen de la détection du
signal au niveau du seuil et/ou au niveau de la détection de la valeur maximale du signal.
Le résultat de la méthode du niveau de seuil peut être amélioré en réglant le seuil par voie en se basant
sur la distribution d’amplitude ou la connaissance de l’atténuation des ondes.
Un exemple d’utilisation de cette stratégie est la localisation planaire sur un fond de bac de stockage
atmosphérique installé au-dessus du sol (voir A.4).
9.3.2 Méthode de corrélation croisée
La corrélation se réfère couramment à une large gamme de relations statistiques impliquant la
dépendance. La corrélation croisée est une mesure de similitude de deux formes d’onde en fonction d’un
retard de temps appliqué à l’une d’entre elles. Bien qu’elle soit couramment utilisée pour rechercher un
profil de durée plus court dans un signal de longue durée, elle peut être utilisée pour d’autres mesures
linéaires. Elle est également utilisée dans la reconnaissance de forme.
Dans le domaine de l’EA, la corrélation croisée a consisté à trouver le profil temps-fréquence d’une salve
dans un enregistrement en continu de la forme d’onde. Le retard de temps peut être déterminé entre
deux voies et utilisé pour calculer la localisation. La corrélation croisée est définie par:
∞
*
f ∗ gt = fgττ×+tdτ (2)
()() () ()
∫
∞
où
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f* représente le conjugué complexe de f.
De façon similaire, pour des fonctions discrètes, la corrélation croisée est définie par:
∞
fn∗g = fm* ×+gn m (3)
()[] [] []
∑
m=−∞
La corrélation croisée est d’une nature similaire à la convolution de deux fonctions.
Dans une autocorrélation, qui est la corrélation croisée d’un signal avec lui-même, il y a toujours un
maximum pour un retard nul, sauf si le signal est un signal nul trivial. On peut donc l’utiliser pour
extraire un signal d’un bruit de fond important.
La corrélation est toujours utilisée pour inclure un facteur de normalisation de manière à ce que les
corrélations aient des valeurs comprises entre −1 et +1, et le terme corrélation croisée est utilisé pour
se référer à la corrélation corr (X, Y) entre deux variables (aléatoires) X et Y.
Considérons comme exemple deux fonctions réelles f et g qui ne diffèrent que d’un décalage inconnu sur
l’axe x. On peut utiliser la corrélation croisée pour rechercher de quelle valeur g doit être décalée sur
l’axe x pour la rendre identique à f. La formule fait essentiellement glisser la fonction g le long de l’axe x,
en calculant l’intégrale de leur produit dans chaque position. Lorsque les fonctions correspondent, la
valeur de fg∗ atteint son maximum.
()
Pour l’application à la détection de fuite, la corrélation croisée est utile pour déterminer le retard de
temps entre deux signaux provenant de la même source se propageant le long du tuyau à travers un
maillage de capteurs. Après avoir calculé la corrélation croisée entre les deux signaux, le maximum de
la fonction de corrélation croisée indique l’instant où les signaux sont le mieux alignés. Le retard de
temps entre les deux signaux est déterminé par l’argument du maximum (arg.max) de la corrélation
croisée selon la formule suivante:
 
τ =×argmax fg t (4)
()()
 
lag t
 
Avec cette stratégie, le paquet d’ondes détecté par deux capteurs ou plus fait l’objet d’une corrélation
croisée pour déterminer la différence de temps entre les signaux reçus sur les dif
...