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Centre Régional Formation Supérieure en Métrologie
(CREFSEM)
Master 2 Métrologie
Projet professionnel
MESURE ET ANALYSE DES PHENOMENES
VIBRATOIRES
THEM
E
Présenté par : Encadré par :
MIGNANWANDE Maxime M. DABELI ZIBRABI CHRISTOPHE
TIEU Aristide
YAPO Serge
Année Académique 2016-2017
SOMMAIRE
LES PHENOMENES VIBRATOIRES
MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET ACOUSTIQUES
ANALYSE DES PHENOMENES VIBRATOIRES
CAS PRATIQUE DE LA SALLE INFORMATIQUE DU CREFSEM (INP-HB)
1
2
3
4
INTRODUCTION
1
L’étude des vibrations est la branche de la mécanique
consacrée aux oscillations des corps autour d’une position
d’équilibre. Du battement d’un cœur jusqu’aux bruits d’un moteur
en marche, les vibrations sont quasiment dans tous les
phénomènes physiques. Certains principes scientifiques et
moyens technologiques permettent de les classifier et de les
quantifier à travers leurs principales caractéristiques.
L’analyse vibratoire propose de nouvelles formes de diagnostic
et de suivi qui reposent sur des outils du traitement de signal,
l’instrumentation et l’électronique. Elle est appliquée dans
l’industrie pour la maîtrise des processus, dans les laboratoires, et
dans la règlementation pour le maintien de la santé publique et
celle du travailleur.
VIBRATOIRES
2
Selon la norme ISO 2041 (2009) : Vibrations et chocs
mécaniques, et leur surveillance – Vocabulaire :
Une vibration est « une variation avec le temps de l’intensité
d’une grandeur caractéristique du mouvement ou de la
position d’un système mécanique, lorsque l’intensité est
alternativement plus grande et plus petite qu’une certaine
valeur moyenne ou de référence. »
Les principaux paramètres d’une vibration sont : son
amplitude et sa fréquence.
 Définition
VIBRATOIRES
3
Les vibrations existent sous différentes formes lorsqu’on
s’intéresse au mouvement répétitif ou alternatif de la matière.
On a par exemple :
• Les vibrations mécaniques (mouvements des pièces d’une
machine...)
• Les vibrations acoustiques (vibration des particules d’air)
• Les vibrations électriques (déplacement des électrons dans un
conducteur de courant…)
• Les vibrations magnétiques (mouvements dans un champ
magnétique…)
• Les vibrations électromagnétiques.
 Les types de phénomènes vibratoires
VIBRATOIRES
4
 Classifications des signaux vibratoires
VIBRATOIRES
5
Les vibrations sont le reflet de l'état de santé de la machine. Elles
sont donc difficiles à éviter, voire impossible.
Dans une machine, on a plusieurs causes de vibrations parmi
lesquelles :
 Les causes des vibrations
• Le défaut de balourd • Le défaut de désalignement
VIBRATOIRES
6
 Les causes des vibrations
• Défaut de dentures
d’engrenages
• Défaut de transmission par
courroies
• Défauts électriques : pour certaines machines, les
fréquences significatives d’une anomalie électromagnétique
sont proportionnelles à la fréquence du courant
2. MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET
ACOUSTIQUES
7
 Chaîne d’acquisition
Capteur
Grandeur physique à
mesurer
Conditionneur
Amplificateur Filtre
Echantillonneur / Bloqueur
Carte d’acquisition (CAN)
Unité de Traitement
Informatique (PC)
Grandeur numérique
Grandeur électrique
Grandeur électrique
Grandeur électrique
2. MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET
ACOUSTIQUES
8
 Les capteurs de vibrations
 Les capteurs de vibrations mécaniques
L’accéléromètre piézo-électrique (accélération)
Le Vélocimètre Laser à effet Doppler (Vitesse)
Les Capteurs capacitifs (Amplitude)
Sonde de proximité à Courant de Foucault ou Vibromètre
Laser
Capteur piézorésistif
L’accéléromètre à électronique intégrée
les accéléromètres asservis
Potentiomètre de position
Bobine mobileLes capteurs résonnants MEMS (Micro Electro Mechanical
Systems)
2. MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET
ACOUSTIQUES
9
 Capteurs de vibrations acoustiques
Les microphones
• Le microphone condenseur
• Le microphone à électret
• Le microphone
piézoélectrique
• Le microphone
électrodynamiqueLes sonomètres
Les audiomètres
2. MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET
ACOUSTIQUES
10
 Appareils de mesure
Le choix de l’appareil de mesure dépendra de six (6) paramètres
principaux :
• la gamme de fréquences couverte
• sa gamme de mesure
• sa sensibilité
• sa fréquence de résonnance ou fréquence propre
• la gamme de température supportée
• sa masse par rapport à celle du système en vibration
2. MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET
ACOUSTIQUES
11
 Appareils de mesure
2. MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET
ACOUSTIQUES
12
 Méthode de mesure
Dans la mesure des vibrations mécaniques, le point de mesure et la
fixation sont les deux paramètres importants à prendre en compte.
les points de mesure les types de
2. MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET
ACOUSTIQUES
13
 Etalonnage d’un capteur de vibration:
Accéléromètre
Moyens d'étalonnage :
• Vibrateurs électrodynamiques spéciaux :
• Accéléromètre de référence à 2 entrées
mécaniques ou vibromètre à plusieurs
entrées.
• Contrôleur de vibration avec module logiciel
spécialisé.
Méthodologie : Un accéléromètre de
référence à deux entrées mécaniques est
monté entre le vibrateur et l'accéléromètre à
étalonner et l'on fait l'hypothèse que les deux
capteurs subissent le même mouvement.
2. MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET
ACOUSTIQUES
14
 Etalonnage d’un capteur de vibration:
AccéléromètreUn calcul d'incertitude doit être établi. Les principales
sources d'incertitude sont : la sensibilité du capteur de
référence, les vibrations transverses, la distorsion et le
montage mécanique.
L’étalonnage est développé dans la norme ISO 16063-21
(2003) : Méthodes pour l'étalonnage des transducteurs de
vibrations et de chocs - Partie 21: Étalonnage de vibrations par
comparaison à un transducteur de référence.
2. MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET
ACOUSTIQUES
15
 Etalonnage d’un capteur de vibration:
SonomètreMéthodologie : Au moins trois techniques pour l’étalonnage à usage
industriel.
• Avec le piston-phone: L’incertitude liée à cette méthode est 0,2
dB.
• Avec un haut-parleur miniature : L’incertitude liée à cette
méthode est 0,25 dB.
• Par comparaison des signaux des microphones : L’incertitude liée
à cette méthode est 2 dB.
Les deux premières méthodes sont décrites dans la norme NF
EN 61183 (1994) : Electroacoustique – Etalonnage des
sonomètres sous incidence aléatoire et en champ diffus.
Moyens d’étalonnage : Sonomètre à étalonner, Sonomètre
étalon, Enregistreur de signal acoustique, Source de son
étalon, chambre sourde
VIBRATOIRES
16
 Analyse du niveau global
On distingue deux grands types d’analyse vibratoire: analyse
du niveau global et l’analyse du contenu fréquentiel dont
l’analyse spectrale.
L’amplitude du signal vibratoire est appelée niveau global. Elle
est le premier indicateur de sévérité vibratoire car elle
quantifie l’énergie vibratoire globale du signal. Le choix de la
grandeur dépend de la valeur des fréquences:
[2-20000] Hz (hautes fréquences) : Mesure d’accélération
[10-1000] Hz normalisé (fréquences moyennes) : Mesure
de vitesse
[3-300] Hz (basses fréquences) : Mesure de déplacement
Mais cette méthode ne permet pas le diagnostic précis de
l’origine des défauts ou des évolutions constatées.
VIBRATOIRES
17
 Analyse du contenu fréquentiel
Les logiciels de calcul formel comme Matlab et Scilab
permettent d’obtenir le contenu fréquentiel du signal
temporaire avec la fonction fft qui utilise un algorithme
rapide pour le calcul de la transformée de Fourier
discrète du signal. Toutefois, certains appareils de
mesure possèdent déjà la fonction FFT facilitant ainsi
l’analyse.
Il existent trois types d’analyses du contenu fréquentiel :
• l’analyse du cepstre du signal
• l’analyse de l’enveloppe de fréquences.
• Et l’analyse spectrale qui est la plus utilisée.
VIBRATOIRES
18
• Analyse spectrale
Une première signature vibratoire de la machine est
traduite en spectre dès son installation. Ces premières
fréquences obtenues sont généralement différentes des
fréquences naturelles des pièces du système mécanique,
autrement les pièces concernées seraient en résonnance.
L’analyse spectrale consiste à comparer les fréquences du
spectre initial à celles du nouveau spectre. L’on fait
l’ensuite l’hypothèse fondamentale selon laquelle le
système sur lequel est effectué la mesure est linéaire et on
peut alors associer à chaque signal une origine dans le
système.
VIBRATOIRES
19
• Analyse spectrale
Cette méthode est adaptée aux
systèmes complexes et est la plus
utilisée en maintenance par
analyse vibratoire.
Elle est quand-même limitée
du fait de la difficulté à
interpréter les spectres et de son
inefficacité à vitesse ou charge
variable.
VIBRATOIRES
20
• Analyse cepstrale
Elle a pour but d’identifier et de
quantifier toutes les structures
périodiques contenues dans le
spectre et est donc adaptée à la
détection précoce des défauts
dont les causes sont périodiques.
Les principales limites de cette
technique viennent de la
complexité du calcul du cepstre
et de son inefficacité pour les
défauts d’origines non-
périodiques.
VIBRATOIRES
21
• Analyse de l’enveloppe
Elle permet de détecter de façon
rapide et fiable la fréquence des
chocs périodiques à partir des
résonances de la structure.
Les limites de cette méthode
viennent de la difficulté à
interpréter certains spectres, de
la nécessité de connaître le
domaine fréquentiel d’intérêt et
de son inefficacité à charge
variable.
VIBRATOIRES
22
• Autres types d’analyse
Pour le diagnostic ou le suivi des systèmes plus complexes, en
plus des techniques citées plus haut, d’autres types d’analyses
doivent s’ajouter.
Il s’agit de :
 l’analyse des huiles et lubrifiants
 la thermographie infrarouge
 l’analyse acoustique
 le contrôle par ultrasons.
VIBRATOIRES
23
 Applications de l’analyse vibratoire
Analyse des structures : pour déterminer le comportement
dynamique des structures (ponts, pales de turbines…)
Test de vibration (Crash test) : Pratiqué en contrôle qualité pour
valider la tenue réelle d’un produit à un environnement de hauts
niveaux vibratoires (une caisse automobile, moteurs …)
Surveillance de l’état des machines et diagnostic des défauts :
Les normes de la série ISO 10816 définissent les points de
mesures, les seuils d’alerte et les seuils de danger en fonction
des types de machines.
VIBRATOIRES
24
 Applications de l’analyse vibratoire
Mesure des vibrations appliquées à l’homme: pour étudier l’effet
des vibrations sur des personnes en contact direct avec des
vibrations.
Surveillance des aéroports et des niveaux de bruits de trafics
routiers: permet de préserver la santé des citoyens et surtout de
détecter tôt les catastrophes afin d’envoyer les secours.
Expertise sur l’exposition d’un ouvrier au bruit : Les mesures se
font au poste de l’ouvrier pendant une journée de travail, puis
corrigée à la pondération A pour la comparer enfin aux valeurs
réglementaires.
VIBRATOIRES
25
L’échelle de niveau maximal de bruit suivant est
conventionnellement utilisée :
VIBRATOIRES
26
 Actions correctives
Maîtrise des vibrations des machines: une bonne fixation des
machines, l’utilisation des supports anti vibratoires, une bonne
lubrification des engrenages et pillons, …
Protection des personnes: le port de casques (isolants
acoustiques), le port de bottes (isolants vibratiles), la limitation
du temps au poste de travail…
Protection de l'environnement: fondation en béton-armé ou
d’autres matériaux spéciaux (isolants vibratiles), pour l’isolation
acoustique l’utilisation des matériaux poreux tels que l’argile, la
fibre de verre minéral…
4. CAS PRATIQUE DE LA SALLE INFORMATIQUE DU
CREFSEM (INP-HB)
28
 Acquisition des vibrations du split de la salle
le but de cette mesure est de faire l’acquisition des vibrations du
split de la salle et d’en tracer le spectre des fréquences.
Matériels utilisés :
• Accéléromètre PCE-VD 3
• Logiciel vibration datalogger
• Le split NASCO SPLIT ARMOIRE 4CV-MFS2-36CR
• Ordinateur
• Le logiciel Matlab
• Câble de connexion USB
4. CAS PRATIQUE DE LA SALLE INFORMATIQUE DU
CREFSEM (INP-HB)
28
 Acquisition des vibrations du split de la salle
Procédure de mesure :
• Installer le logiciel vibration datalogger sur l’ordinateur
• Poser la partie aimantée de l’accéléromètre sur le split proche
des vibrations
• Paramétrer le logiciel sur l’ordinateur pour 100 points de
mesures pour une cadence d’acquisition de 50 ms.
• Lancer l’acquisition des données
• Attendre que l’ordinateur ait fini l’acquisition
• Enregistrer les données obtenues
• Transfert les données obtenues dans le logiciel Matlab à partir
du fichier Excel généré par le logiciel vibration datalogger
• Tracer le spectre grâce au script programmé sur Matlab
4. CAS PRATIQUE DE LA SALLE INFORMATIQUE DU
CREFSEM (INP-HB)
29
 Acquisition des vibrations du split de la salle
Résultats :
Les valeurs moyennes d’amplitude données par le logiciel sont les suivantes :
𝑋 𝑚 = 0,00 𝑔; 𝑌 𝑚 = − 0,05 𝑔 𝑒𝑡 𝑍 𝑚 = 0,86 𝑔.
4. CAS PRATIQUE DE LA SALLE INFORMATIQUE DU
CREFSEM (INP-HB)
30
 Acquisition des vibrations du split de la salle
Traitement des
résultats :
Sur l’axe Z Sur l’axe Y
4. CAS PRATIQUE DE LA SALLE INFORMATIQUE DU
CREFSEM (INP-HB)
31
 Acquisition des vibrations du split de la salle
Traitement des
résultats :
Sur l’axe X
Nous pouvons conclure que
les vibrations du split se
propagent principalement
suivant l’axe X suivant un
signal déterministe.
4. CAS PRATIQUE DE LA SALLE INFORMATIQUE DU
CREFSEM (INP-HB)
32
 Acquisition du niveau de bruit dans la salle
Le but de cette mesure est d’évaluer le niveau de bruit dans la
salle informatique animée et le comparer à la valeur attendue pour
une bibliothèque.
Matériels utilisés :
• Sonomètre DT-173
• Logiciel Sound Datalogger
• Ordinateur
• Câble de connexion USB
Procédure de mesures :
• Installer le logiciel
• Brancher le sonomètre au PC et
paramétrer la cadence d’acquisition
à 10 s
• Attendre la fin de l’acquisition et
enregistrer les valeurs lues.
• Calculer le niveau sonore équivalent
du temps total d’acquisition.
4. CAS PRATIQUE DE LA SALLE INFORMATIQUE DU
CREFSEM (INP-HB)
33
 Acquisition du niveau de bruit dans la salle
Points
Niveau
sonore en
dB (A)
Temps (s)
1 37,1 10
2 60,0 10
3 66,9 10
4 54,7 10
5 49,7 10
Total 50
Résultats:
𝑳 𝑷𝒆𝒒 = 10 𝑳𝒐𝒈
1
𝑻
𝒊=1
𝒏
𝑻𝒊 × 10
𝑳 𝒑𝒊
10
On obtient alors : Lp eq = 61 dB(A)
Selon l’échelle de bruit, le niveau maximal
de bruit admis pour une bibliothèque est de 50
dB(A) alors que celle mesurée est de 61 dB A:
Non-conformité
Nous pouvons conclure qu’ à ce moment
de la journée le niveau sonore dans la
salle informatique est non conforme à
celle admise dans une bibliothèque.
CONCLUSION
La mesure des vibrations est faite suivant des méthodologies bien
définies qui utilisent une instrumentation dont le choix des
éléments nécessite une connaissance assez générale des
fréquences des phénomènes vibratoires.
Pour garantir l'exactitude des mesures, l'étalonnage de ces
appareils doit être régulièrement fait conformément aux normes
dans ce secteur.
L’analyse des vibrations, faite à partir des méthodes présentées
est utile dans plusieurs domaines.
Notre cas pratique a été fait dans ceux de la maintenance prédictive et de 34
BIBLIOGRAPHIE
1. DABELI Zibrabi Christophe (2017) : cours de Vibro-Acoustique, Master 2 Métrologie
2. Somo COULIBALY (2017): Cours de Mesures et Instrumentation sous LabVIEW, Master 2 Métrologie
3. Jean-Nicaise AKAFOU (2017): Cours de Capteurs et acquisition des données, Master 2 Métrologie
4. Omar DJEBILI (2013) : Contribution à la maintenance prédictive par analyse vibratoire des
Composants mécaniques tournants. Application aux butées à billes soumises à la fatigue de
contact de roulement; Thèse doctorale; pp 8 à 38.
5. Marie-Line Zani (Juin 2002): Guide d’achat – Mesures mécaniques : Les accéléromètres
6. Hubert Faigner : Analyse vibratoire des machines tournantes; pp 449 à 524
7. Jacques MOREL: Surveillance vibratoire et maintenance prédictive, Techniques de l’Ingénieur, traité
Mesures et Contrôle
8. Dr Roger SERRA : Analyse vibratoire expérimentale: outil de surveillance et de diagnostic
9. Frédéric SUR(2012): Initiation au traitement du signal et applications
10.Jacky DUMAS & Bruno BENNEVAULT (2001): Debuter la mesure vibratoire ; pp 3 à 22
11.Claude LAHACHE: Acquisitions des grandeurs physiques
12.Michel THUMERELLE (2000): Aspects fondamentaux des phénomènes vibratoires externes et
internes. Définition, propriétés physiques et physiologiques
13.Hélène HORSIN MOLINARO – Olivier FRANÇAIS(2015) : les MEMS: réalisation de capteurs résonants
14.Brüel & Kjær : Transducers And Conditioning; catalogue
15.ViaXys: Vibrations, Acoustique et Système; catalogue
16.Techniques de l'ingénieur : Fluke vibration testers, catalogue
17.INRS (2017): Vibrations transmises à l’ensemble du corps;
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Ppt mesure et analyse des vibrations

  • 1. Centre Régional Formation Supérieure en Métrologie (CREFSEM) Master 2 Métrologie Projet professionnel MESURE ET ANALYSE DES PHENOMENES VIBRATOIRES THEM E Présenté par : Encadré par : MIGNANWANDE Maxime M. DABELI ZIBRABI CHRISTOPHE TIEU Aristide YAPO Serge Année Académique 2016-2017
  • 2. SOMMAIRE LES PHENOMENES VIBRATOIRES MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET ACOUSTIQUES ANALYSE DES PHENOMENES VIBRATOIRES CAS PRATIQUE DE LA SALLE INFORMATIQUE DU CREFSEM (INP-HB) 1 2 3 4
  • 3. INTRODUCTION 1 L’étude des vibrations est la branche de la mécanique consacrée aux oscillations des corps autour d’une position d’équilibre. Du battement d’un cœur jusqu’aux bruits d’un moteur en marche, les vibrations sont quasiment dans tous les phénomènes physiques. Certains principes scientifiques et moyens technologiques permettent de les classifier et de les quantifier à travers leurs principales caractéristiques. L’analyse vibratoire propose de nouvelles formes de diagnostic et de suivi qui reposent sur des outils du traitement de signal, l’instrumentation et l’électronique. Elle est appliquée dans l’industrie pour la maîtrise des processus, dans les laboratoires, et dans la règlementation pour le maintien de la santé publique et celle du travailleur.
  • 4. VIBRATOIRES 2 Selon la norme ISO 2041 (2009) : Vibrations et chocs mécaniques, et leur surveillance – Vocabulaire : Une vibration est « une variation avec le temps de l’intensité d’une grandeur caractéristique du mouvement ou de la position d’un système mécanique, lorsque l’intensité est alternativement plus grande et plus petite qu’une certaine valeur moyenne ou de référence. » Les principaux paramètres d’une vibration sont : son amplitude et sa fréquence.  Définition
  • 5. VIBRATOIRES 3 Les vibrations existent sous différentes formes lorsqu’on s’intéresse au mouvement répétitif ou alternatif de la matière. On a par exemple : • Les vibrations mécaniques (mouvements des pièces d’une machine...) • Les vibrations acoustiques (vibration des particules d’air) • Les vibrations électriques (déplacement des électrons dans un conducteur de courant…) • Les vibrations magnétiques (mouvements dans un champ magnétique…) • Les vibrations électromagnétiques.  Les types de phénomènes vibratoires
  • 7. VIBRATOIRES 5 Les vibrations sont le reflet de l'état de santé de la machine. Elles sont donc difficiles à éviter, voire impossible. Dans une machine, on a plusieurs causes de vibrations parmi lesquelles :  Les causes des vibrations • Le défaut de balourd • Le défaut de désalignement
  • 8. VIBRATOIRES 6  Les causes des vibrations • Défaut de dentures d’engrenages • Défaut de transmission par courroies • Défauts électriques : pour certaines machines, les fréquences significatives d’une anomalie électromagnétique sont proportionnelles à la fréquence du courant
  • 9. 2. MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET ACOUSTIQUES 7  Chaîne d’acquisition Capteur Grandeur physique à mesurer Conditionneur Amplificateur Filtre Echantillonneur / Bloqueur Carte d’acquisition (CAN) Unité de Traitement Informatique (PC) Grandeur numérique Grandeur électrique Grandeur électrique Grandeur électrique
  • 10. 2. MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET ACOUSTIQUES 8  Les capteurs de vibrations  Les capteurs de vibrations mécaniques L’accéléromètre piézo-électrique (accélération) Le Vélocimètre Laser à effet Doppler (Vitesse) Les Capteurs capacitifs (Amplitude) Sonde de proximité à Courant de Foucault ou Vibromètre Laser Capteur piézorésistif L’accéléromètre à électronique intégrée les accéléromètres asservis Potentiomètre de position Bobine mobileLes capteurs résonnants MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)
  • 11. 2. MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET ACOUSTIQUES 9  Capteurs de vibrations acoustiques Les microphones • Le microphone condenseur • Le microphone à électret • Le microphone piézoélectrique • Le microphone électrodynamiqueLes sonomètres Les audiomètres
  • 12. 2. MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET ACOUSTIQUES 10  Appareils de mesure Le choix de l’appareil de mesure dépendra de six (6) paramètres principaux : • la gamme de fréquences couverte • sa gamme de mesure • sa sensibilité • sa fréquence de résonnance ou fréquence propre • la gamme de température supportée • sa masse par rapport à celle du système en vibration
  • 13. 2. MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET ACOUSTIQUES 11  Appareils de mesure
  • 14. 2. MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET ACOUSTIQUES 12  Méthode de mesure Dans la mesure des vibrations mécaniques, le point de mesure et la fixation sont les deux paramètres importants à prendre en compte. les points de mesure les types de
  • 15. 2. MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET ACOUSTIQUES 13  Etalonnage d’un capteur de vibration: Accéléromètre Moyens d'étalonnage : • Vibrateurs électrodynamiques spéciaux : • Accéléromètre de référence à 2 entrées mécaniques ou vibromètre à plusieurs entrées. • Contrôleur de vibration avec module logiciel spécialisé. Méthodologie : Un accéléromètre de référence à deux entrées mécaniques est monté entre le vibrateur et l'accéléromètre à étalonner et l'on fait l'hypothèse que les deux capteurs subissent le même mouvement.
  • 16. 2. MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET ACOUSTIQUES 14  Etalonnage d’un capteur de vibration: AccéléromètreUn calcul d'incertitude doit être établi. Les principales sources d'incertitude sont : la sensibilité du capteur de référence, les vibrations transverses, la distorsion et le montage mécanique. L’étalonnage est développé dans la norme ISO 16063-21 (2003) : Méthodes pour l'étalonnage des transducteurs de vibrations et de chocs - Partie 21: Étalonnage de vibrations par comparaison à un transducteur de référence.
  • 17. 2. MESURE DES VIBRATIONS MECANIQUES ET ACOUSTIQUES 15  Etalonnage d’un capteur de vibration: SonomètreMéthodologie : Au moins trois techniques pour l’étalonnage à usage industriel. • Avec le piston-phone: L’incertitude liée à cette méthode est 0,2 dB. • Avec un haut-parleur miniature : L’incertitude liée à cette méthode est 0,25 dB. • Par comparaison des signaux des microphones : L’incertitude liée à cette méthode est 2 dB. Les deux premières méthodes sont décrites dans la norme NF EN 61183 (1994) : Electroacoustique – Etalonnage des sonomètres sous incidence aléatoire et en champ diffus. Moyens d’étalonnage : Sonomètre à étalonner, Sonomètre étalon, Enregistreur de signal acoustique, Source de son étalon, chambre sourde
  • 18. VIBRATOIRES 16  Analyse du niveau global On distingue deux grands types d’analyse vibratoire: analyse du niveau global et l’analyse du contenu fréquentiel dont l’analyse spectrale. L’amplitude du signal vibratoire est appelée niveau global. Elle est le premier indicateur de sévérité vibratoire car elle quantifie l’énergie vibratoire globale du signal. Le choix de la grandeur dépend de la valeur des fréquences: [2-20000] Hz (hautes fréquences) : Mesure d’accélération [10-1000] Hz normalisé (fréquences moyennes) : Mesure de vitesse [3-300] Hz (basses fréquences) : Mesure de déplacement Mais cette méthode ne permet pas le diagnostic précis de l’origine des défauts ou des évolutions constatées.
  • 19. VIBRATOIRES 17  Analyse du contenu fréquentiel Les logiciels de calcul formel comme Matlab et Scilab permettent d’obtenir le contenu fréquentiel du signal temporaire avec la fonction fft qui utilise un algorithme rapide pour le calcul de la transformée de Fourier discrète du signal. Toutefois, certains appareils de mesure possèdent déjà la fonction FFT facilitant ainsi l’analyse. Il existent trois types d’analyses du contenu fréquentiel : • l’analyse du cepstre du signal • l’analyse de l’enveloppe de fréquences. • Et l’analyse spectrale qui est la plus utilisée.
  • 20. VIBRATOIRES 18 • Analyse spectrale Une première signature vibratoire de la machine est traduite en spectre dès son installation. Ces premières fréquences obtenues sont généralement différentes des fréquences naturelles des pièces du système mécanique, autrement les pièces concernées seraient en résonnance. L’analyse spectrale consiste à comparer les fréquences du spectre initial à celles du nouveau spectre. L’on fait l’ensuite l’hypothèse fondamentale selon laquelle le système sur lequel est effectué la mesure est linéaire et on peut alors associer à chaque signal une origine dans le système.
  • 21. VIBRATOIRES 19 • Analyse spectrale Cette méthode est adaptée aux systèmes complexes et est la plus utilisée en maintenance par analyse vibratoire. Elle est quand-même limitée du fait de la difficulté à interpréter les spectres et de son inefficacité à vitesse ou charge variable.
  • 22. VIBRATOIRES 20 • Analyse cepstrale Elle a pour but d’identifier et de quantifier toutes les structures périodiques contenues dans le spectre et est donc adaptée à la détection précoce des défauts dont les causes sont périodiques. Les principales limites de cette technique viennent de la complexité du calcul du cepstre et de son inefficacité pour les défauts d’origines non- périodiques.
  • 23. VIBRATOIRES 21 • Analyse de l’enveloppe Elle permet de détecter de façon rapide et fiable la fréquence des chocs périodiques à partir des résonances de la structure. Les limites de cette méthode viennent de la difficulté à interpréter certains spectres, de la nécessité de connaître le domaine fréquentiel d’intérêt et de son inefficacité à charge variable.
  • 24. VIBRATOIRES 22 • Autres types d’analyse Pour le diagnostic ou le suivi des systèmes plus complexes, en plus des techniques citées plus haut, d’autres types d’analyses doivent s’ajouter. Il s’agit de :  l’analyse des huiles et lubrifiants  la thermographie infrarouge  l’analyse acoustique  le contrôle par ultrasons.
  • 25. VIBRATOIRES 23  Applications de l’analyse vibratoire Analyse des structures : pour déterminer le comportement dynamique des structures (ponts, pales de turbines…) Test de vibration (Crash test) : Pratiqué en contrôle qualité pour valider la tenue réelle d’un produit à un environnement de hauts niveaux vibratoires (une caisse automobile, moteurs …) Surveillance de l’état des machines et diagnostic des défauts : Les normes de la série ISO 10816 définissent les points de mesures, les seuils d’alerte et les seuils de danger en fonction des types de machines.
  • 26. VIBRATOIRES 24  Applications de l’analyse vibratoire Mesure des vibrations appliquées à l’homme: pour étudier l’effet des vibrations sur des personnes en contact direct avec des vibrations. Surveillance des aéroports et des niveaux de bruits de trafics routiers: permet de préserver la santé des citoyens et surtout de détecter tôt les catastrophes afin d’envoyer les secours. Expertise sur l’exposition d’un ouvrier au bruit : Les mesures se font au poste de l’ouvrier pendant une journée de travail, puis corrigée à la pondération A pour la comparer enfin aux valeurs réglementaires.
  • 27. VIBRATOIRES 25 L’échelle de niveau maximal de bruit suivant est conventionnellement utilisée :
  • 28. VIBRATOIRES 26  Actions correctives Maîtrise des vibrations des machines: une bonne fixation des machines, l’utilisation des supports anti vibratoires, une bonne lubrification des engrenages et pillons, … Protection des personnes: le port de casques (isolants acoustiques), le port de bottes (isolants vibratiles), la limitation du temps au poste de travail… Protection de l'environnement: fondation en béton-armé ou d’autres matériaux spéciaux (isolants vibratiles), pour l’isolation acoustique l’utilisation des matériaux poreux tels que l’argile, la fibre de verre minéral…
  • 29. 4. CAS PRATIQUE DE LA SALLE INFORMATIQUE DU CREFSEM (INP-HB) 28  Acquisition des vibrations du split de la salle le but de cette mesure est de faire l’acquisition des vibrations du split de la salle et d’en tracer le spectre des fréquences. Matériels utilisés : • Accéléromètre PCE-VD 3 • Logiciel vibration datalogger • Le split NASCO SPLIT ARMOIRE 4CV-MFS2-36CR • Ordinateur • Le logiciel Matlab • Câble de connexion USB
  • 30. 4. CAS PRATIQUE DE LA SALLE INFORMATIQUE DU CREFSEM (INP-HB) 28  Acquisition des vibrations du split de la salle Procédure de mesure : • Installer le logiciel vibration datalogger sur l’ordinateur • Poser la partie aimantée de l’accéléromètre sur le split proche des vibrations • Paramétrer le logiciel sur l’ordinateur pour 100 points de mesures pour une cadence d’acquisition de 50 ms. • Lancer l’acquisition des données • Attendre que l’ordinateur ait fini l’acquisition • Enregistrer les données obtenues • Transfert les données obtenues dans le logiciel Matlab à partir du fichier Excel généré par le logiciel vibration datalogger • Tracer le spectre grâce au script programmé sur Matlab
  • 31. 4. CAS PRATIQUE DE LA SALLE INFORMATIQUE DU CREFSEM (INP-HB) 29  Acquisition des vibrations du split de la salle Résultats : Les valeurs moyennes d’amplitude données par le logiciel sont les suivantes : 𝑋 𝑚 = 0,00 𝑔; 𝑌 𝑚 = − 0,05 𝑔 𝑒𝑡 𝑍 𝑚 = 0,86 𝑔.
  • 32. 4. CAS PRATIQUE DE LA SALLE INFORMATIQUE DU CREFSEM (INP-HB) 30  Acquisition des vibrations du split de la salle Traitement des résultats : Sur l’axe Z Sur l’axe Y
  • 33. 4. CAS PRATIQUE DE LA SALLE INFORMATIQUE DU CREFSEM (INP-HB) 31  Acquisition des vibrations du split de la salle Traitement des résultats : Sur l’axe X Nous pouvons conclure que les vibrations du split se propagent principalement suivant l’axe X suivant un signal déterministe.
  • 34. 4. CAS PRATIQUE DE LA SALLE INFORMATIQUE DU CREFSEM (INP-HB) 32  Acquisition du niveau de bruit dans la salle Le but de cette mesure est d’évaluer le niveau de bruit dans la salle informatique animée et le comparer à la valeur attendue pour une bibliothèque. Matériels utilisés : • Sonomètre DT-173 • Logiciel Sound Datalogger • Ordinateur • Câble de connexion USB Procédure de mesures : • Installer le logiciel • Brancher le sonomètre au PC et paramétrer la cadence d’acquisition à 10 s • Attendre la fin de l’acquisition et enregistrer les valeurs lues. • Calculer le niveau sonore équivalent du temps total d’acquisition.
  • 35. 4. CAS PRATIQUE DE LA SALLE INFORMATIQUE DU CREFSEM (INP-HB) 33  Acquisition du niveau de bruit dans la salle Points Niveau sonore en dB (A) Temps (s) 1 37,1 10 2 60,0 10 3 66,9 10 4 54,7 10 5 49,7 10 Total 50 Résultats: 𝑳 𝑷𝒆𝒒 = 10 𝑳𝒐𝒈 1 𝑻 𝒊=1 𝒏 𝑻𝒊 × 10 𝑳 𝒑𝒊 10 On obtient alors : Lp eq = 61 dB(A) Selon l’échelle de bruit, le niveau maximal de bruit admis pour une bibliothèque est de 50 dB(A) alors que celle mesurée est de 61 dB A: Non-conformité Nous pouvons conclure qu’ à ce moment de la journée le niveau sonore dans la salle informatique est non conforme à celle admise dans une bibliothèque.
  • 36. CONCLUSION La mesure des vibrations est faite suivant des méthodologies bien définies qui utilisent une instrumentation dont le choix des éléments nécessite une connaissance assez générale des fréquences des phénomènes vibratoires. Pour garantir l'exactitude des mesures, l'étalonnage de ces appareils doit être régulièrement fait conformément aux normes dans ce secteur. L’analyse des vibrations, faite à partir des méthodes présentées est utile dans plusieurs domaines. Notre cas pratique a été fait dans ceux de la maintenance prédictive et de 34
  • 37. BIBLIOGRAPHIE 1. DABELI Zibrabi Christophe (2017) : cours de Vibro-Acoustique, Master 2 Métrologie 2. Somo COULIBALY (2017): Cours de Mesures et Instrumentation sous LabVIEW, Master 2 Métrologie 3. Jean-Nicaise AKAFOU (2017): Cours de Capteurs et acquisition des données, Master 2 Métrologie 4. Omar DJEBILI (2013) : Contribution à la maintenance prédictive par analyse vibratoire des Composants mécaniques tournants. Application aux butées à billes soumises à la fatigue de contact de roulement; Thèse doctorale; pp 8 à 38. 5. Marie-Line Zani (Juin 2002): Guide d’achat – Mesures mécaniques : Les accéléromètres 6. Hubert Faigner : Analyse vibratoire des machines tournantes; pp 449 à 524 7. Jacques MOREL: Surveillance vibratoire et maintenance prédictive, Techniques de l’Ingénieur, traité Mesures et Contrôle 8. Dr Roger SERRA : Analyse vibratoire expérimentale: outil de surveillance et de diagnostic 9. Frédéric SUR(2012): Initiation au traitement du signal et applications 10.Jacky DUMAS & Bruno BENNEVAULT (2001): Debuter la mesure vibratoire ; pp 3 à 22 11.Claude LAHACHE: Acquisitions des grandeurs physiques 12.Michel THUMERELLE (2000): Aspects fondamentaux des phénomènes vibratoires externes et internes. Définition, propriétés physiques et physiologiques 13.Hélène HORSIN MOLINARO – Olivier FRANÇAIS(2015) : les MEMS: réalisation de capteurs résonants 14.Brüel & Kjær : Transducers And Conditioning; catalogue 15.ViaXys: Vibrations, Acoustique et Système; catalogue 16.Techniques de l'ingénieur : Fluke vibration testers, catalogue 17.INRS (2017): Vibrations transmises à l’ensemble du corps;
  • 38. MERCI POUR VOTRE AIMABLE ATTENTION