Che cos’è la formazione del fascio e in che modo le telecamere acustiche la gestiscono in modo impareggiabile?
La formazione del fascio è una tecnica utilizzata generalmente nell’elaborazione del segnale e impiegata dalle telecamere acustiche per distinguere fonti sonore specifiche, come perdite di aria compressa e scariche parziali (partial discharges, PD). Ciononostante, l’efficacia di questo metodo dipende da vari fattori e non tutti i produttori di telecamere lo utilizzano con pari competenza. In questo articolo forniamo una panoramica di come i dispositivi più avanzati sfruttano la formazione del fascio per risultati ottimali.
Panoramica sulla formazione del fascio
Il principio fondamentale della formazione del fascio ruota intorno all’energia delle onde, che può essere meccanica (onde d’acqua) o elettromagnetica (onde sonore che viaggiano attraverso l’aria). La tecnica prevede la trasmissione di onde con un segnale specifico e la loro direzione verso un ricevitore, piuttosto che lasciare che il segnale si diffonda in tutte le direzioni. Nonostante la sua semplicità la formazione del fascio non è un concetto nuovo. Inizialmente fu utilizzato dalle truppe francesi durante la Prima Guerra Mondiale per sviluppare un dispositivo di ascolto che rilevava l’avvicinarsi degli aerei. Successivamente, la formazione del fascio è stata perfezionata affinché le antenne radio concentrassero i loro segnali in una direzione e ne potenziassero la forza rispetto ad altri suoni.
Le telecamere acustiche utilizzano la tecnica invertendola; rafforzano i segnali sonori che arrivano da una direzione desiderata e minimizzano i suoni provenienti da altre direzioni, spesso considerati rumore di fondo. Questa tecnica è nota come formazione del fascio ed è usata per elaborare i dati della matrice dei microfoni per generare rappresentazioni visive della distribuzione della potenza della sorgente acustica. Robert Dougherty, nel suo documento della conferenza del 2008 intitolato “Che cos’è la formazione del fascio?”, definisce la formazione del fascio aeroacustico come questo metodo di elaborazione.
La localizzazione delle sorgenti sonore mediante una telecamera acustica si basa sul principio secondo cui le onde sonore o i segnali raggiungono microfoni diversi nella matrice della telecamera in momenti leggermente diversi. Quando la sorgente sonora rimane ferma, emana sempre da un angolo specifico rispetto alla telecamera, facendo sì che il segnale raggiunga determinati microfoni prima di altri. I microfoni rimanenti nella matrice ricevono una versione ritardata del segnale acustico. Aggiungendo questi ritardi, è possibile calcolare e stabilire con precisione la posizione esatta della sorgente sonora.
Migliorando la robustezza del rumore della matrice di microfoni, la formazione del fascio consente alle telecamere acustiche di rilevare anche i suoni deboli in ambienti rumorosi, come il rilevamento di piccole perdite nelle cartiere. Inoltre la formazione del fascio nelle telecamere acustiche consente la localizzazione precisa delle sorgenti sonore su distanze estese e aree ampie.
L’ottimizzazione della telecamera ottimizza i risultati della formazione del fascio
L’ottimizzazione delle prestazioni di una telecamera acustica coinvolge diversi fattori chiave, come la determinazione del numero appropriato e del posizionamento dei microfoni nella matrice e la progettazione della geometria. Anche la potenza di calcolo del dispositivo è un fattore critico per ottenere risultati di formazione del fascio accurati. Le telecamere acustiche FLIR sfruttano tecniche di ottimizzazione avanzate per utilizzare al meglio la formazione del fascio, con tre vantaggi significativi rispetto ad altri produttori di telecamere:
- Meno sorgenti fantasma: le sorgenti fantasma sono sorgenti sonore che possono mostrare le telecamere acustiche che utilizzano la tecnica di formazione del fascio, ma che non esistono. Migliore è l’ottimizzazione di una telecamera, minori sono le possibilità di trovare sorgenti fantasma.
- Migliore risoluzione della mappa di calore: la telecamera acustica individua le sorgenti sonore in modo più accurato e può calcolare meglio il livello di pressione sonora.
- Sensibilità migliorata: la telecamera rileva sorgenti sonore più deboli in ambienti rumorosi, come piccole perdite o scariche parziali deboli.
In che modo le analisi migliorano il processo?
Una volta che una telecamera acustica ha implementato efficacemente la tecnica di formazione del fascio e identificato con precisione le sorgenti sonore, l’attenzione passa alle sue capacità analitiche. Le telecamere acustiche FLIR utilizzano l’analisi per eliminare le sorgenti sonore non necessarie e fornire dati preziosi sui suoni rilevati. Nel contesto dell’identificazione delle perdite di aria compressa conoscere le dimensioni della perdita e stimarne i costi sono fattori cruciali per determinare il piano di manutenzione più appropriato, ad esempio se la riparazione della perdita è economica.
Le telecamere acustiche FLIR utilizzano l’analisi per visualizzare un modello di scarica parziale risolta in fase (Phase-Resolved Partial Discharge, PRPD), che illustra l’attività di scarica parziale durante il rilevamento della scarica parziale. Mentre alcune possono identificare il tipo di scarica parziale in base a questo modello, solo poche comprendono le conseguenze di ogni tipo di PD. Per risolvere questo problema, le telecamere acustiche FLIR offrono un software cloud di visualizzazione delle telecamere acustiche per classificare automaticamente il tipo di scarica parziale, valutarne la gravità in base alla posizione e alla forza e suggerire soluzioni appropriate per risolverlo.