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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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Capteurs industriels de vitesse vibratoire
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3. Accéléromètres industriels
3.1 Domaine de mesure
Le domaine de mesure typique des divers types d'accéléromètres industriels est indiqué dans le tableau 2. On notera que tous les types de capteurs ne permettent pas la mesure de la composante statique – mais ce n'est pas un désavantage dans la mesure où cela dispense de la compensation de la pesanteur, nécessaire dès qu'on veut mesurer des niveaux d'accélération faibles.
En matière de dynamique intrinsèque d'une chaîne de mesure complète, on atteint avec les meilleures conceptions une limite de l'ordre de 80 dB, bien qu'utilisant les composants et circuits à plus faible bruit du marché. Pour dépasser cette limite, il est nécessaire d'introduire des gains variables dans la chaîne de mesure.
On remarquera aussi que les étendues de mesure de loin les plus larges tant en fréquences qu'en niveaux sont offerts par les accéléromètres piézo-électriques et piézorésistifs. Une qualité de ces derniers, non mentionnée dans le tableau, est leur grande résistance aux chocs, alors que les accéléromètres piézorésistifs sont limités par la fragilité de la micropoutre qui supporte la masse sismique (voir exemple ci-après).
HAUT DE PAGE3.2 Accéléromètres piézo-électriques industriels
Le premier principe de transducteur est le montage « Tonpilz » d'origine germanique, autrement dit « champignon sonore ». Le chapeau du champignon est la masse sismique, le pied l'assemblage de rondelles piézo-électriques, et le mycélium l'embase attachée à la structure. Alors que dans les sonars cet assemblage est utilisé tel quel, il est mis dans un boîtier fermé dans le contexte des mesures vibratoires (figure 1).
Un autre montage classique est de faire travailler la céramique en cisaillement, en excentrant la masse sismique. En montant trois céramiques en triangle équilatéral, on a un montage symétrique très avantageux (« Delta-Shear ») qui a fait la renommée d'un constructeur leader du marché de la mesure de laboratoire.
D'autres détails constructifs ont une grande...
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Accéléromètres industriels
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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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
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...
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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2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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