Article de référence | Réf : R6193 v1

Capteurs industriels de vitesse vibratoire
Capteurs industriels de vibration

Auteur(s) : Bernard GARNIER

Relu et validé le 30 nov. 2021

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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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ABSTRACT

Industrial vibration sensors

In the industry sector, it is often necessary to measure the vibration of objects. In order to achieve this, a sensor is used. This sensor must be capable of providing objective data regardless of possible exterior disturbances. It must thus possess a number of properties: accuracy, stability, measurement dynamics or low diaphony. From manufacturing methods to assembly practices and including descriptions of the types of sensors and their characteristics, this article provides a complete overview of these technologies. Special focus is placed on the general principles of vibration sensors.

Auteur(s)

  • 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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-r6193


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4. Capteurs industriels de vitesse vibratoire

D'autres types de transduction donnent accès à la vitesse vibratoire (tableau 3), en particulier ceux qui exploitent la loi de Maxwell, puisque l'intensité qui traverse un bobinage en mouvement dans un champ magnétique est proportionnelle à la vitesse du mouvement. Il s'agit évidemment alors d'un mouvement relatif, et la question de la stabilité du point de référence est une contrainte forte pour des mesures industrielles.

C'est alors là que l'intérêt de mesures basées sur la détection de l’effet Doppler causé par la vitesse d'un point vibrant illuminé par un laser, donc sans contact mécanique, se révèle pleinement : la référence peut se situer à plusieurs mètres de l'objet vibrant, restant hors de l'influence de ce dernier. Un autre atout est de n'introduire aucune perturbation sur la structure mesurée, un simple ruban adhésif suffisant comme réflecteur ; de ne requérir aucun joint tournant sur un ensemble en rotation, etc.

La vibrométrie laser s’est donc développée sur le marché de la mesure avec la mise au point de vibromètres compacts et assez faciles d'utilisation (malgré la complexité du processus physique sous-jacent) qui viennent compléter la gamme des capteurs procédant par liaisons mécaniques avec les structures en essai. Les vibromètres à laser présentent deux avantages sur ces derniers :

  • l’absence de contact physique, à la différence d’un capteur de type classique qui est soit maintenu à courte distance de l’objet vibrant (quelques millimètres par exemple dans le cas d’un capteur de proximité inductif ou électrostatique), soit fixé sur l’objet en le surchargeant de la masse du capteur, donc de 1 à 100 g dans le cas d’un accéléromètre ;

  • l’étalonnage par construction, essentiellement lié à la longueur d’onde du rayonnement servant de référence.

Le principe de fonctionnement de ces vibromètres est fondé sur la détection de la variation de fréquence du laser modulé par l’effet Doppler créé sur le rayon réfléchi par la surface vibrante. La vitesse vibratoire de l’objet est proportionnelle à la variation de fréquence d’un signal de référence modulé par l’effet Doppler.

Suivant la technologie des composants optiques mis en œuvre (laser, diode laser, fibre optique, filtre, objectif…),...

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Capteurs industriels de vitesse vibratoire
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    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

    • ...

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    QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE

    1/ Quiz d'entraînement

    Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.

    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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