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Auteur(s)
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Paul-Eric DUPUIS : Docteur de l'École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace - Responsable du département Essais mécaniques à la société Intespace
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les vibrations font partie intégrante de notre univers. Le moindre mouvement entraîne des vibrations d'amplitude et de durée variables, depuis l'oscillation lente d'un pont suspendu excité par le vent jusqu'au choc engendré à l'atterrissage par un avion, en passant par le bruit des moteurs de nos voitures. Cet environnement vibratoire est ressenti par l'ensemble des équipements que nous utilisons dans la vie courante et peut engendrer des dysfonctionnements allant jusqu'à la destruction du matériel en question.
C'est ainsi qu'est né le besoin de certifier les structures au travers d'une série d'essais représentatifs de l'environnement vibratoire rencontré par un produit au long de son cycle de vie. La grande diversité des situations rencontrées engendre un large éventail d'essais de nature très différente, ce qui oblige l'opérateur d'un essai de vibrations à utiliser un matériel de mesure tout aussi diversifié.
Le but de cet article est de permettre au néophyte de comprendre quels sont les éléments importants à prendre en compte dans le choix du matériel de mesure, puis, à partir des résultats obtenus, comment les exploiter en évitant les pièges d'une mauvaise interprétation.
Pour cela, après un bref rappel de quelques principes de dynamique des structures, les différents types d'essais de vibrations sont évoqués de manière à mettre en évidence leurs spécificités tant dans les paramètres de mesure que dans le traitement des résultats.
Les différents constituants d'une chaîne d'acquisition sont ensuite détaillés car il est nécessaire de comprendre les avantages et les inconvénients des divers matériels pour faire un choix adapté. L'interprétation des résultats de mesure est une étape indispensable car on ne peut exploiter que ce que l'on sait interpréter.
À titre d'information, la chronologie d'un essai de vibrations est retracée, ce qui permet de restituer chaque étape dans un cadre concret.
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Interprétation des mesures
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3. Chaîne d’acquisition
3.1 Introduction
Le but de la mesure est de faire correspondre, à une grandeur physique que l'on désire connaître, une grandeur compréhensible par le système d'acquisition. De nos jours, il s'agit presque uniquement de signaux électriques qui ont remplacé les systèmes mécaniques et optiques d'autrefois. Ainsi le capteur délivre un signal qui est amplifié et converti généralement en volts par un conditionneur. Le système d'acquisition n'a plus alors à traiter qu'un courant électrique dont l'intensité est directement reliée à l'amplitude du phénomène vu par le capteur et cela quel que soit le type de ce capteur.
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Prenons l'exemple d'une chaîne d'acquisition analogique (figure 8). Le mot analogique veut dire que la loi liant l'information issue du capteur à la grandeur mesurée est continue. Le signal issu du capteur est transformé par un conditionneur de signaux qui comprend généralement les éléments suivants :
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le convertisseur de mesure, qui transforme généralement le signal en un courant électrique aisément transportable et qui est en entrée de la plupart des stations d'acquisition modernes ;
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l'amplificateur, qui a pour but d'augmenter l'intensité du signal et de le rendre en cela moins sensible au bruit de fond ambiant ;
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un ou plusieurs dispositifs de traitement du signal qui sont dédiés à la chaîne d'acquisition et varient en fonction des objectifs fixés par l'utilisateur. Ces dispositifs mettent en œuvre des fonctions très variées allant des filtres aux corrélations entre signaux en passant par la conversion en valeur efficace ou la linéarisation.
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Dans certains cas, il est possible de trouver, dans la chaîne d'acquisition, un multiplexeur : par exemple, si la station d'acquisition est éloignée du lieu de mesure ou si l'opérateur désire enregistrer un certain nombre de voies sur une bande magnétique. L'opération consiste à faire passer plusieurs signaux par une seule voie. On distingue le multiplexage fréquentiel dans lequel les différents signaux sont transmis simultanément en se répartissant dans la bande passante, du multiplexage temporel dans lequel la totalité de la bande passante est affectée...
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Chaîne d’acquisition
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - IMBERT (J.-F.) - Analyse des structures par éléments finis - , 3e édition, Cepadues (1991).
-
(2) - GIRARD (A.) - Dynamique des structures. Techniques d’analyse et d’essais B 5 150 - . Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique (1997).
-
(3) - GIRARD (A.), DUPUIS (P.-E.), BUGEAT (L.-P.) - Improved schock characterization - . European Conference on Spacecraft Structures, Materials and Mechanical Testing, Braunsghweig, Allemagne (4-6 novembre 1998).
-
(4) - DUPUIS (P.-E.) - Recalage et optimisation de modèles éléments finis en dynamique avec amortissement - . Thèse de doctorat de l’École nationale supérieure de l’aéronautique et de l’espace, Toulouse (juin 1992).
-
(5) - BENDAT (J.-S.), PIERSOL (A.G.) - Random Data : analysis and measurement procedures - . John Wiley & Sons (1971).
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NORMES
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Normes fondamentales. Vocabulaire international des termes fondamentaux et généraux de métrologie - NF X 07-001 - 12.1994
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Relations clients - fournisseurs. Qualité des essais. Lignes directives pour demander et organiser des essais. - NF X 50-142 - 12.1990
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Recueils de normes françaises « Chocs et vibrations mécaniques » 3 e éd. - NF X 50-142 - 1987
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Recueils de normes françaises « Essais et analyses. Maîtriser la conception et la réalisation ». - NF X 50-142 - 1998
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Annexe : Traitement du signal. - GAM-EG-13 - 11.1995
ANNEXES
Les caractéristiques de quelques capteurs commerciaux courants sont données dans les tableaux 2, 3 et 4.
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