Mesure de vibration

Une vibration se mesure en déplacement, en vitesse ou en accélération, selon la fréquence qui intéresse. Ce guide aide à choisir la grandeur, le capteur et la fixation.

Pourquoi l'analyse vibratoire ?

L'analyse vibratoire mesure les mouvements oscillants d'une pièce, d'une machine ou d'un ouvrage, et en étudie le contenu en fréquence. Elle répond à quatre objectifs :

• Bruit et confort : ce que ressentent un conducteur, un passager, un riverain.
• Agrément : le comportement d'une transmission ou d'une suspension.
• Durée de vie : la fatigue d'une pièce soumise à des vibrations répétées.
• Sûreté de fonctionnement : un défaut de machine ou une faiblesse d'ouvrage vus avant la panne.

Principe de l'analyse vibratoire

• une mesure à haute dynamique, suivie d'une analyse fréquentielle ;
• l'identification expérimentale des modes propres de la structure ;
• la vérification que ces modes propres restent éloignés des fréquences d'excitation.

Quelques champs d'application de l'analyse vibratoire

• Ferroviaire : certifier un matériel roulant puis le surveiller en service
• Automobile : instrumenter les essais de choc et de sécurité passive
• Génie civil : surveillance de structures
• Aéronautique
• Production
• Énergie

Approches possibles pour la mesure de vibration

Déplacement, vitesse et accélération décrivent la même vibration, mais ne mettent pas en valeur les mêmes fréquences. À basse fréquence, les déplacements sont grands et les accélérations faibles. À haute fréquence, c'est l'inverse. On mesure donc la grandeur qui donne le signal le plus lisible dans la bande utile.

• Déplacement : basses fréquences, mouvements d'arbre, jeux, balourd.
• Vitesse : indicateur global de l'état d'une machine tournante.
• Accélération : hautes fréquences, chocs, engrènements, roulements.

À quelle fréquence échantillonner ?

Au moins 2,5 fois la plus haute fréquence à analyser, avec un filtre anti-repliement. En pratique, on vise souvent 5 à 10 fois pour garder la forme des signaux.

La fixation fixe la bande passante

Un accéléromètre ne mesure juste que jusqu'à une fréquence qui dépend de sa fixation. Le goujon vissé donne la meilleure bande passante, puis la colle, l'embase magnétique, et enfin la pointe de touche tenue à la main. Sur une structure légère, la masse du capteur modifie aussi la vibration qu'il mesure : il faut un capteur léger.

Un seul capteur suffit-il ?

Pour un indicateur global, souvent. Pour localiser un défaut ou identifier des modes propres, il faut plusieurs points, et des capteurs triaxiaux quand la direction de la vibration n'est pas connue.

Les solutions PM Instrumentation pour la mesure de vibration

• Accéléromètre IEPE : le standard des mesures dynamiques, de quelques hertz à plusieurs kilohertz.
• Accéléromètre capacitif MEMS : répond au continu, pour les très basses fréquences, le confort et l'inclinaison.
• Accéléromètre piézorésistif : chocs de forte amplitude et crash-tests, avec réponse au continu.
• Capteur de déplacement sans contact : mouvements d'un arbre dans son palier, entrefer.

À retenir

• La grandeur à mesurer dépend de la fréquence qui intéresse.
• IEPE pour le dynamique, capacitif pour le très basse fréquence, piézorésistif pour les chocs.
• La fixation limite la bande passante ; le goujon vissé est la référence.
• Sur une structure légère, un capteur lourd fausse la mesure.

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