Avant de se poser la question de comment bien choisir un accéléromètre (technologie et spécifications), il est intéressant de revoir rapidement ce qu’est la mesure de vibration et choc, comment caractériser ces grandeurs physiques, les mesurer, pour ensuite faire le choix du meilleur capteur (en général un accéléromètre).
- Applications
- Pourquoi mesurer des vibrations ?
- 1. Qu’est-ce qu’une vibration ?
- 2. Paramètres mécaniques
- 3. Systèmes masse / ressort et vibration forcée
- 4. Forces et vibrations
- 5. Différents types de signaux
- 6. Paramètres généralement utilisés
- 7. Conversion : accélération, vitesse, déplacement
- 8. Unités utilisées pour mesurer une vibration
Applications
- Mesure de mouvement
- Mesure de vibration haute fréquence
- Mesure de vibration basse fréquence
- Mesure de choc
- Mesure de très faible vibration
- Mesure de vibration d’objets très petits
- Mesure de vibration sous haute température
- Mesure de vibration sous basse température
- Mesure de vibration sous radiation
- Mesure de condition de machines
- Mesure multi voies
Pourquoi mesurer les vibrations ?
- pour vérifier que les fréquences et les amplitudes n’excèdent pas les limites des matériaux.
- pour éviter d’exciter les fréquences de résonance des composants de la structure.
- pour être capable d’amortir ou isoler la ou sont les sources de vibration.
- pour faciliter la maintenance conditionnelle des machines.
- pour construire ou vérifier les modèles informatiques des structures.
1. Qu’est-ce qu’une vibration ?
Définitions
La Vibration est une oscillation dont la quantité définit le mouvement d’un système mécanique. Une Oscillation est une variation dans le temps et dans l’espace autour d’une position d’équilibre.
Exemples pratiques
2. Paramètres mécaniques
Dans la plupart des applications de mesure de vibration, les paramètres accélération, vitesse et déplacement sont des informations qu’il est indispensable de connaître avec la meilleure précision possible, particulièrement pour la conception ou la validation de structures. Généralement, l’accélération (g) est la référence, la vitesse (mm/sec) et le déplacement (mm) sont plus souvent utilisés pour les fréquences moyenne et basse. Ces variables sont indispensables pour les calculs et le contrôle des conceptions.
3. Systèmes masse / ressort et vibration forcée
Système vibratoire le plus simple : simple degré de liberté
Vibration libre : transfert d’énergie sans amortissement
Masse, ressort simple degré de liberté : une augmentation de la masse réduit la fréquence
Masse, ressort et amortisseur : augmenter l’amortissement réduit l’amplitude
Réponse de différents modèles : simple ou multi degrés de liberté
Le modèle simple degré de liberté après analyse montrera une unique fréquence de résonance alors que le modèle multi degré de liberté montrera une fréquence de résonance pour chaque système.
Réponse dans le monde réel (essais vibratoires d’une automobile)
La Figure 9 est un exemple réel de ce que l’on peut trouver après analyse du signal vibratoire mesuré. On constate plusieurs fréquences de résonance correspondant à chaque système.
4. Forces et vibrations
Ces figures montrent que les vibrations globales mesurées seront en fait la somme de ce qui est appelé forces d’entrés plus la réponse du système. Un mauvais équilibrage, un choc, du bruit, une friction, additionnés des effets structuraux (masse, rigidité, amortissement) seront tous les acteurs du niveau de vibration mesuré.
5. Différents types de signaux
Signaux déterminés
Signaux harmoniques
Signaux aléatoires
Signaux impact-choc
Choc, mouvement linéaire : collision entre sphères
Choc : collision sphère/plaque d’acier
6. Paramètres généralement utilisés
Important : avant de faire une analyse du signal, il est important d’avoir une idée du signal à mesurer : vibration basse ou haute fréquence / choc ou impact sur matériau « mou » ou métal.
- On fait une mesure
- On analyse les résultats (niveaux et fréquences)
Les valeurs mesurées peuvent s’exprimer selon le signal en :
- Valeur crête (peak)
- Valeur crête à crête (peak to peak)
- Valeur moyenne (average)
- Valeur efficace (RMS)
- Facteur de crête (crest factor)
- Période/ taux de périodicité (periodicity/repetition rate)
- Durée (duration)
Description d’un signal sinusoïdal constant dans le temps
Description des signaux dans le temps pour un signal multi fréquence
7. Conversion : accélération, vitesse, déplacement
Accélération, déplacement
Déplacement, accélération
Pour obtenir la vitesse et le déplacement à partir d’une accélération, il faut intégrer une et deux fois le signal de sortie de l’accéléromètre.
C’est précisément pour cela que le choix d’un accéléromètre (AC ou DC) est très important : les variations d’amplitude et décalage/dérive du zéro, bien que semblant minimes, se traduiront par des erreurs importantes, après intégration.
8. Unités utilisées pour mesurer une vibration
On utilise en général le déplacement pour les fréquences basses, la vitesse pour les fréquences moyennes, l’accélération pour les fréquences plus élevées.
Pour un signal sinusoïdal d’une fréquence de 158 Hz (ω = 1000 radians/seconde), il est intéressant de noter que les valeurs des paramètres sont numériquement équivalentes. Ceci peut être pratique pour la vérification des instruments de mesure utilisés.
Marc Chambroux, Consultant Mesure et Système
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