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RÉSUMÉ
Dans le domaine industriel, on est souvent amené à mesurer la vibration des objets. Pour cela, on utilise un capteur. Celui-ci doit pouvoir fournir des données objectives quelles que soient les éventuelles perturbations extérieures. Le capteur doit donc posséder un certain nombre de propriétés : la fidélité, la stabilité, la dynamique de mesure ou encore une faible diaphonie. Des méthodes de fabrication aux pratiques de montage en passant par les descriptions des types de capteurs et leurs caractéristiques, cet article propose un tour d'horizon complet de ces technologies. Un éclairage particulier sera également fourni concernant les principes généraux des capteurs de vibration.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Bernard GARNIER : Ingénieur civil de l’École nationale des ponts et chaussées - Consultant, BlueSolutions
INTRODUCTION
Cet article traite des capteurs de vibration considérés dans leur ensemble, la vibration étant la grandeur de sortie à mesurer en un point quelconque d’un objet vibrant. L’article ne traite que des technologies matures conduisant à des dispositifs robustes et peu sensibles aux perturbations extérieures, applicables aux mesures industrielles de terrain.
Un capteur de vibration est défini par : la grandeur qu'il mesure (déplacement, vitesse ou accélération vibratoire), le domaine de mesure exprimé en niveau absolu ou relatif, la précision requise et les conditions d’environnement.
Dans tous les cas, le capteur se doit d'être aussi « neutre » que possible. La fidélité d'un capteur est la capacité à fournir exactement la même réponse chaque fois qu'il est soumis au même stimulus. Pour cela, il doit être insensible aux variations de température, au vissage et dévissage sur une embase, etc. Il doit aussi présenter une grande stabilité, c'est-à-dire ne pas changer de sensibilité en vieillissant, même en milieu hostile (radiations…), du moins à l'échelle des étalonnages périodiques. Il doit être parfaitement linéaire pour ne pas introduire de distorsion harmonique, donc avoir une fonction de transfert aussi « plate » que possible dans une large bande de fréquence et dans une grande dynamique de mesure compte tenu de la dynamique intrinsèque très grande des phénomènes vibratoires. Il aura une faible diaphonie que ce soit vis-à-vis du bruit ambiant (faible sensibilité microphonique), ou de la présence de vibrations dans des directions autres que son axe de mesure. Il sera insensible aux influences électromagnétiques qu'on rencontre en milieu industriel, notamment près des génératrices et moteurs électriques de forte puissance. Son optimisation est à la fois un problème de mesure et de coût qui ne sera pas développé ici.
Pour des utilisations particulières, il est possible de demander aux fournisseurs des capteurs appariés entre eux beaucoup plus finement que la classe de précision moyenne.
Le meilleur capteur ne fournira des indications pertinentes que s'il est aussi implanté correctement, ce qu'on précise au paragraphe 8.
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Technologies permettant de réaliser des capteurs de vibration
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1. Définitions et principes généraux des capteurs de vibration
Un capteur de vibration est un transducteur capable de convertir en signal électrique le niveau de vibrations qu'il subit à un instant donné.
Il sera dit différentiel s'il mesure le mouvement dynamique relatif entre ses deux points d'attache : c'est typiquement le cas des capteurs inductifs à noyau plongeur, ou celui des vibromètres laser. Si l'on ne peut garantir la totale immobilité d'une des deux interfaces, il sera dit relatif. L'avantage qui les fait choisir est l'accès direct à la mesure d'un découplage (au sens explicité dans l’article Vibrations des structures industrielles. Notions de physique des vibrations [R 6 190]) par exemple pour mesurer l'efficacité d'une suspension ou d'un amortisseur, ainsi que la capacité à mesurer de très grands déplacements vibratoires, évidemment dans le domaine des très basses fréquences. Dans le cas du laser, c'est la possibilité de mesurer par effet Doppler la vibration de parties mobiles (arbres tournants…) et celle de structures si frêles qu'elles seraient modifiées par le poids d'un capteur si petit soit-il.
Le capteur de vibration sera dit absolu s'il n'a qu'une seule interface. La solution presque universelle est celle du capteur inertiel, c'est-à-dire que la transduction est faite en mesurant l'effort appliqué, par l'interface soumise aux vibrations, à un élément fortement massique (« contre-masse » M) interne au capteur, qui s'oppose à la vibration γ par son inertie, développant l'effort résistant F = M.γ. Plusieurs possibilités permettent la transduction de cet effort résistif, comme l'interposition de céramiques piézo-électriques et l'implantation au sein du capteur de jauges de contrainte, pour ne citer que les plus courants.
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Méthodes pour l'étalonnage de capteurs de vibrations et de chocs – Partie 5 : étalonnage par gravitation tellurique. - ISO 5347-5:1993 - Décembre 1993
-
Méthodes pour l'étalonnage de capteurs de vibrations et de chocs – Partie 7 : étalonnage primaire par centrifugeur. - ISO 5347-7:1993 - Décembre 1993
-
Méthodes pour l'étalonnage de capteurs de vibrations et de chocs – Partie 8 : étalonnage primaire par centrifugeur double. - ISO 5347-8:1993 - Décembre 1993
-
Méthodes pour l'étalonnage de capteurs de vibrations et de chocs. Partie 10 : étalonnage primaire de chocs à impact élevé. - ISO 5347-10:1993 - Décembre 1993
-
Méthode pour l'étalonnage de capteurs de vibrations et de chocs. Partie 11 : essai de sensibilité aux vibrations transversales. - ISO 5347-11:1993 - Décembre 1993
-
Méthodes pour l'échantillonnage de capteurs de vibrations et de chocs. Partie 12 : essai de sensibilité aux chocs transversaux. - ISO 5347-12:1993 - Décembre 1993
-
...
1.1 Fabricants – Fournisseurs – Distributeurs (Liste non exhaustive)
01 dB Metravib
Alliantech
Amtechdata
Analog Devices
Bruel et Kjaer
Capacitec
DJB Instruments
http://www.djb-instruments.com
Dytran Instruments
Feteris Components
FGP Sensors
Freescale semiconductors
Ifm Electronic
Lescate
MSI Sensors
MTI Instruments
Optodyne
Oros France
PCB Piezotronics
Polytec...
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