Utilisation d'un analyseur (1)

L'entrée de charge convient aux accéléromètres piézoélectriques. Elle est couplée à un préamplificateur de charge incorporé. Toutefois, contrairement au mesureur de vibrations, il est possible avec l'analyseur de vibrations d'utiliser une variété d'accéléromètres avec des sensibilités différentes.

Pour la surveillance des vibrations sur les machines, un accéléromètre avec une sensibilité nominale de 1 pC/ms² (10 pC/g) est recommandé en raison de sa gamme fréquentielle étendue. Vous utiliserez de préférence un accéléromètre dix fois plus sensible (10 pC/ms²) pour l'équilibrage des rotors en raison des faibles valeurs souvent mesurées.

L'entrée d'accéléromètre à préamplificateur intégré permet aussi l'ajustement du gain et le réglage de la sensibilité, en plus de fournir l'alimentation requise au préamplificateur.

L'emploi de l'accéléromètre vous laisse le choix entre l'accélération, la vitesse ou le déplacement (absolu) comme paramètre de vibration. C'est pourquoi tous les analyseurs ont au moins une entrée pour le branchement direct des accéléromètres.

Mais quel paramètre choisir ? La figure suivante vous montre un spectre de fréquence suivant l'accélération, la vitesse et le déplacement. Les trois spectres décrivent l'état de la même machine, de sorte que vous êtes en mesure de constater que les amplitudes relatives des composantes, par rapport à une ligne tracée à la base de chaque spectre, sont les mêmes.

Si la force de vibration de n'importe quelle fréquence double, alors l'amplitude de la composante de vibration double, et ce, quel que soit le paramètre choisi. Ainsi, théoriquement, les trois paramètres sont utilisables pour la surveillance des machines.

Cependant, vous remarquerez à la figure 2.22 que c'est le spectre de vitesse qui nécessite la plus petite gamme d'amplitudes, donc la gamme dynamique de mesure la plus petite, et donne le meilleur rapport signal/bruit. Tout cela conduit à une détection plus précoce des défauts. En conclusion, le"meilleur paramètre" sera celui qui donne le spectre de vibration le plus plat.

Le paramètre intéressant est généralement la vitesse, mais peut être aussi l'accélération, surtout dans le cas de hautes fréquences vibratoires (roulements, par exemple). Inversement, pour les défauts apparaissant à basses fréquences, vous choisirez le déplacement comme indicateur.

La "pleine échelle" horizontale correspond à la fréquence maximale qui sera affichée sur l'écran de l'analyseur. Le choix de la fréquence "pleine échelle" est un compromis entre la gamme de fréquences que vous désirez surveiller et la résolution en fréquences nécessaire pour vos mesures.

Vous pouvez choisir la "pleine échelle" horizontale à partir d'une liste de fréquences disponibles dans l'un des menus de réglage de l'analyseur, comme celui montré à la figure suivante par exemple.

Sélection de la fréquence "pleine échelle" :

Pour la détection de défauts dans les machines tournantes, la gamme de fréquences doit être assez large pour couvrir les fréquences de résonance des paliers ainsi que les harmoniques supérieurs de la fréquence d'engrènement la plus élevée.

En même temps, la résolution doit être suffisante pour permettre d'isoler la vitesse de rotation de la machine où se manifestent les déséquilibres et les désalignements. Toutefois, on peut réaliser des fenêtrages pour ne surveiller que certains phénomènes (balourd, alignement, etc.).

La résolution en fréquences d'un spectre FFT est fonction de la fréquence "pleine échelle" sélectionnée, mais aussi de la taille de la transformée de Fourier effectuée par l'analyseur.

L'analyseur TRF acquiert d'abord un bloc de données et calcule ensuite au moyen de la transformée rapide de Fourier le nombre de fréquences contenues dans ce bloc. Les fréquences qui composent le signal sont affichées à l'écran de l'analyseur sous la forme de lignes verticales appelées "lignes FFT" (FFT Lines).

Le nombre de lignes détermine la taille de la transformée de Fourier effectuée par l'analyseur. Beaucoup de modèles offerts sur le marché se limitent à une transformée de Fourier fixe de 250, 400 ou 800 lignes FFT, alors que d'autres modèles vous offrent une transformée de Fourier à taille variable, allant de 50 jusqu'à 3 200 lignes FFT par exemple.

La figure 2.24 vous montre trois spectres identiques, mais affichés avec respectivement 800, 200 et 50 lignes FFT.

Vous pouvez voir à la figure suivante comment le choix de la taille de la transformée de Fourier affecte la résolution en fréquences et par conséquent le temps de mesure requis pour l'analyse du signal. La "pleine échelle" "FREQ. SPAN" est réglée à 25,6 kHz.

La résolution en fréquences est calculée en divisant la fréquence "pleine échelle" par le nombre de lignes FFT sélectionnées. Ainsi, vous obtenez pour 800 lignes une résolution "∆f" de 32 Hz et un temps de mesure total "T" de 31,3 ms. Notez l'accroissement de la largeur de bande pour des transformées de 200 lignes et 50 lignes (128 Hz et 512 Hz).

Les modes de déclenchement libre, interne et externe sont particulièrement intéressants lorsque vous travaillez avec un analyseur FFT. En mode libre "Free Run", c'est-à-dire sans déclenchement, l'acquisition des spectres se fait sans condition dès que le mesurage est commencé. Ce mode convient à la plupart des mesures que vous aurez à faire.

En mode de déclenchement interne, l'analyseur commence l'acquisition des spectres seulement quand le niveau d'entrée dépasse un niveau de déclenchement préalablement ajusté. Il s'agit d'un mode très utile pour l'analyse de phénomènes transitoires.

Enfin, en mode externe, l'analyseur est déclenché par une source de tension externe, comme celle générée par une sonde photo-électrique par exemple. Vous choisirez principalement ce mode de déclenchement pour les analyses de phase et l'équilibrage des rotors.

La "pleine échelle" verticale correspond à l'amplitude maximale qui sera affichée à l'écran de l'analyseur. Vous pouvez ajuster la "pleine échelle" en choisissant parmi les valeurs disponibles dans l'un des menus de réglage de l'analyseur, comme celui montré à la figure ci-après.

Si vous choisissez la fonction "Auto", le réglage "pleine échelle" de l'axe des Y s'ajuste automatiquement à un niveau optimal selon les données présentées à l'affichage. Le niveau peut ensuite être ajusté manuellement dans les cas où le résultat de mesure doit servir à des fins de comparaison avec des enregistrements antérieurs.

Vous pouvez choisir entre une échelle verticale linéaire ou une échelle logarithmique. Dans presque toutes les analyses vibratoires, vous trouverez avantageux d'afficher le spectre sur une échelle verticale logarithmique, et ce, pour plusieurs raisons.

Une échelle linéaire exagère l'importance des composantes les plus élevées du spectre au détriment des composantes les plus faibles (figure ci-dessus). Il s'agit d'une approche peu fiable dans la mesure où de faibles composantes fréquentielles se retrouvent quand même associées à des composants critiques de la machine.

De plus, l'accroissement d'une composante élevée, qui double, paraîtra toujours plus important que celui d'une composante de faible amplitude qui en fait autant. Pourtant, les deux accroissements sont également importants. L'échelle logarithmique montrera un changement relatif égal dans les deux cas, soit un accroissement par un facteur 2 (6 dB) des amplitudes vibratoires.

Dans le domaine fréquentiel, vous pouvez choisir entre le Hz et la tr/min comme unités sur l'axe des X.

Échelle de l'axe des X :

Lors de l'interprétation des mesures de vibration, il est essentiel que vous choisissiez le type d'affichage qui correspond à la technique d'analyse désirée. Le spectre à pourcentage de bande constant (PBC) est parfaitement approprié à la détection des défauts, car il permet de distinguer clairement, sur un seul spectre, des composantes fréquentielles liées aux défauts les plus courants. L'échelle de fréquence est logarithmique.

Le diagnostic nécessite une meilleure résolution ("zoom" ou spectre à bande étroite) pour mesurer avec précision l'amplitude des composantes prédominantes et détecter plus facilement les harmoniques et les bandes latérales (composantes fréquentielles également espacées entres elle qui peuvent apparaître, par exemple, de chaque côté d'une fréquence de roulement). L'échelle de fréquence est linéaire.