Imaginez un pont majestueux, résistant aux tempêtes les plus violentes, apparaissant immobile à l'œil nu, mais vibrant de mouvements microscopiques complexes. Ces vibrations, comme le souffle du pont, révèlent à la fois sa résilience et ses vulnérabilités potentielles. La clé pour déchiffrer ce langage caché réside dans les accéléromètres, nos outils les plus sophistiqués pour comprendre les phénomènes vibratoires.
La vibration, un phénomène physique fondamental, fait référence au mouvement oscillatoire d'objets ou de composants mécaniques autour de leur position d'équilibre. Ces mouvements peuvent être périodiques, comme le balancement d'un pendule, ou aléatoires, comme un véhicule rebondissant sur une route de gravier. Généralement mesurée en mètres par seconde carrée (m/s²) ou en unités gravitationnelles (g, où 1g ≈ 9,81 m/s²), l'analyse des vibrations joue un rôle essentiel dans les secteurs de l'ingénierie, de la fabrication et du transport. Elle permet l'évaluation de l'état des équipements, la prédiction des défauts, l'optimisation de la conception et l'amélioration des performances.
Les vibrations sont principalement classées en deux catégories en fonction de leurs mécanismes d'excitation :
Se produit lorsqu'un objet ou une structure oscille naturellement après une perturbation initiale (comme un impact ou un déplacement) sans force externe continue. La sonnerie soutenue d'un diapason après avoir été frappé illustre la vibration libre. La fréquence naturelle
—sa tendance d'oscillation inhérente—détermine ce comportement. La résonance, un cas particulier, survient lorsque l'excitation externe correspond à cette fréquence naturelle, amplifiant potentiellement les vibrations à des niveaux destructeurs.
Résulte de forces externes continues, qu'elles soient rotationnelles, alternatives ou périodiques. Des exemples industriels incluent les machines à laver vibrant pendant les cycles d'essorage en raison de tambours déséquilibrés. Dans la surveillance de l'état, l'analyse des vibrations forcées provenant de machines rotatives (compresseurs, turbines, pompes) révèle les états opérationnels. Le suivi à long terme de ces signatures vibratoires permet une maintenance prédictive, améliorant la sécurité tout en réduisant les coûts.
Deux principaux types de capteurs dominent la mesure des vibrations :
- Accéléromètres Ces capteurs piézoélectriques—les outils de mesure des vibrations les plus courants—fonctionnent via l'effet piézoélectrique : certains cristaux génèrent une tension lorsqu'ils sont soumis à une contrainte mécanique. Lorsque l'accélération déplace une masse interne à l'intérieur du capteur, la force proportionnelle sur le cristal produit une charge mesurable. Disponibles sous forme de :
- Accéléromètres en mode charge : Sortent des signaux de charge bruts nécessitant une amplification externe pour atténuer la sensibilité au bruit.
Accéléromètres IEPE :
Les accéléromètres excellent dans les mesures à haute fréquence (vibrations des roulements, des boîtes de vitesses ou des pales) et peuvent évaluer les impacts (explosions, tests de défaillance) ou les mouvements à basse fréquence.
Ces capteurs sans contact mesurent les distances par rapport aux objets cibles, particulièrement utiles pour la surveillance directe des vibrations des arbres dans les machines lourdes avec des enveloppes extérieures amorties (par exemple, les grandes turbines).
Le choix d'accéléromètres appropriés nécessite l'évaluation de plusieurs facteurs :
Les niveaux de vibration maximaux attendus déterminent les plages de mesure requises. Le dépassement de la plage provoque une distorsion du signal. Les applications à fortes vibrations exigent des capteurs légers et à faible sensibilité.
Exprimée en mV/g (par exemple, 100 mV/g donne une sortie de 1 V à 10 g), la sensibilité varie avec la fréquence—un étalonnage pleine gamme est essentiel. Une faible sensibilité convient aux signaux de grande amplitude ; une sensibilité élevée détecte les vibrations subtiles.
Les unités à un seul axe mesurent les vibrations linéaires, tandis que les modèles triaxiaux capturent des vecteurs tridimensionnels pour une analyse complète (latérale, longitudinale, rotationnelle).
La masse du capteur ne doit pas dépasser 10 % du poids de la structure testée pour éviter d'altérer les caractéristiques vibratoires.
| Méthodes de montage | Les techniques d'installation affectent considérablement les plages de fréquences mesurables : |
|---|---|
| Méthode de montage | Limite de fréquence (Hz) |
| Portatif | 500 |
| Magnétique | 2000 |
| Adhésif | 2500-5000 |
>6000
Tenez compte des températures extrêmes, de l'exposition aux produits chimiques et de l'humidité. Les accéléromètres en mode charge résistent à des températures plus élevées, mais nécessitent un câblage spécialisé. Les types d'étanchéité (hermétique, époxy, environnemental) déterminent la résistance à l'humidité.
Bien que les prix unitaires soient comparables, les systèmes IEPE réduisent souvent les coûts totaux dans les déploiements à grande échelle en éliminant le besoin de câbles coûteux et d'amplificateurs externes.
- Conditionnement du signal et acquisition de données
- Des mesures précises nécessitent un traitement approprié du signal :
- Amplification pour une meilleure résolution et des rapports signal/bruit
- Excitation de courant pour les capteurs IEPE
- Couplage AC pour supprimer les décalages DC
Mise à la terre appropriée pour éviter les interférences