Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
L’interférométrie holographique est une méthode de visualisation globale sans contact, capable de donner une idée très précise du comportement réel d’un ensemble mécanique ou d’un phénomène physique sans le perturber. Capable de réaliser des mesures quantitatives des phénomènes tridimensionnels statiques ou dynamiques, cette technique se montre donc très performante pour conduire une analyse vibratoire. L’évolution vers le numérique et les progrès dans le traitement informatique des images holographiques lui promettent un bel avenir dans la mesure de l’intensité vibratoire.
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Paul SMIGIELSKI : Docteur ès sciences - Ingénieur de l’École Supérieure d’Optique (ESO) - Président de Rhenaphotonics Alsace
INTRODUCTION
L’étude du comportement de matériaux et de structures soumis à des contraintes dynamiques ou l’analyse des déformations de machines en fonctionnement (moteur d’automobile, par exemple) se fait habituellement à l’aide de capteurs permettant une mesure ponctuelle avec contact très sensible (accéléromètres, jauges de contrainte...). La validation de codes de calculs par ce type de capteurs peut parfois se révéler erronée.
L’utilisation de capteurs optiques ponctuels sans contact est un progrès dans la qualité de la mesure. Mais il serait trop onéreux de trop les multiplier. On opère donc par balayage, ce qui restreint le domaine des applications. De plus, la mesure en des endroits non directement accessibles est difficile et nécessite l’usage de fibres optiques.
Les méthodes optiques globales, interférométriques ou holographiques, quoique moins sensibles (0,01 à 0,1 µm) que les méthodes ponctuelles, semblent les mieux adaptées à l’étude des déplacements dynamiques, notamment sur des corps en rotation ou lorsque l’on désire une grande résolution temporelle. Souvent, elles seront associées à une méthode ponctuelle (vibrométrie laser, par exemple), complémentaire, permettant la synchronisation du laser.
L’étude des phénomènes dynamiques en fonction du temps se fait aisément « en continu » avec des capteurs ponctuels. Avec l’holographie, on opère par échantillonnage à l’aide de la cinéholographie (voir paragraphe 6). Les objets non accessibles directement à l’observation seront étudiés par endoscopie holographique (voir paragraphe 5).
Dans cet article, nous présenterons la caractérisation des vibrations par interférométrie holographique et de speckle.
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- Version courante de déc. 2020 par Pascal PICART, Paul SMIGIELSKI
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Utilisation de l’interférométrie de speckle. Cas particuliers6. Analyse vibratoire in situ par cinéholographie
6.1 Étude des déformations de structures en fonction du temps
L’exploitation quantitative des films se fait par la technique de double référence. Les faisceaux lumineux des deux lasers sont parfaitement superposés (figure 24). Sur le trajet de référence, ils sont dédoublés grâce à un système optique type Michelson pour former les références R 1 et R 2 nécessaires à l’exploitation numérique des interférogrammes. Un système d’obturateurs électro-optiques (cellules de Pockels) permet de laisser passer R 1 et d’arrêter R 2 lorsque le laser L 1 (YAG1) délivra son impulsion et l’inverse lorsque le laser L 2 (YAG2) fonctionne, et ceci à la cadence de 25 Hz. À la restitution, on fera varier la phase entre R 1 et R 2 à l’aide d’un miroir monté sur un translateur piézoélectrique, miroir faisant partie d’un système de Michelson autonome utilisant un laser à argon refroidi par air (exploitation différée des films). Le laser à argon a une longueur d’onde assez proche (514,5 nm) de celle du laser YAG doublé en fréquence (532 nm), permettant de minimiser les aberrations géométriques dues au changement de longueur d’onde entre l’enregistrement et la restitution.
La figure 25 montre des résultats quantitatifs obtenus, à partir d’un cinéhologramme enregistré à la cadence de 25 Hz sur film argentique de 35 mm, d’une portière de voiture. Le film montre l’évolution de la carte des amplitudes vibratoires d’une portière de voiture qui vient d’être claquée. Cette technique permet d’évaluer l’amortissement de la vibration.
Pour chaque hologramme, on réalise deux expositions aux instants t 1 et t 2 . L’écart de temps Δ t = t 2 – t 1 (de l’ordre de 200 µs ici) est choisi suffisamment petit de façon à ce que la variation d’amplitude correspondante soit compatible avec la sensibilité de l’interférométrie (1 à 10 µm par exemple), malgré la forte amplitude vibratoire totale de la portière (quelques millimètres). On peut tirer de cette carte des amplitudes une carte des vitesses avec une bonne approximation ...
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Analyse vibratoire in situ par cinéholographie
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SMIGIELSKI (P.) - Interférométrie holographique. Principes. - Traité Sciences fondamentales AF 3 345. Techniques de l’Ingénieur éd., Paris (1998).
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(2) - SMIGIELSKI (P.) - Holographie industrielle. - Teknéa éd., Toulouse (1994).
-
(3) - FAGOT (H.), SMIGIELSKI (P.) - Cinéholographie et interférométrie. - CR Acad. Sc. Paris, t. 302, vol. II, no 4 (1986).
-
(4) - DISCHLI (B.), FAGOT (H.), SMIGIELSKI (P.), DIARD (A.) - Interferometric cineholography on 126-mm film at 25 Hz with the help of two pulsed YAG lasers. - 3rd French-German Congress on Applications of Holography, Saint-Louis (F), 20-22 nov. 1991.
-
(5) - SMIGIELSKI (P.) - Cineholography in non-destructive testing. - Invited critical review paper, OE/TECHNOLOGY’92 SPIE Congress, Conference on Optical Inspection and Testing, Boston. Proceedings SPIE CR 46, 18 nov. 1992.
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