Mesure des vibrations de torsion

Pour mesurer avec précision les vibrations de torsion, il faut avant tout une chose : détecter les infimes fluctuations de la vitesse de rotation, invisibles à l'œil nu mais déterminantes pour la durée de vie des composants. Cette page explique comment procéder, du choix du capteur aux principes physiques surprenants qui sous-tendent la résolution de mesure.

Ce que la mesure des vibrations de torsion permet réellement de détecter

Un arbre en rotation soumis à des vibrations de torsion ne tourne pas à une vitesse parfaitement constante : il accélère et décélère légèrement au cours de chaque tour, même si le régime moyen reste stable. Pour mesurer ce phénomène, il faut enregistrer les variations de vitesse de rotation à très haute fréquence, à l’aide de capteurs fournissant plusieurs échantillons par tour de l’arbre. Plus ces fluctuations sont faibles et rapides, plus le système de mesure doit fournir d’échantillons par tour — et plus la résolution temporelle doit être élevée.

Options de capteurs pour la mesure des vibrations de torsion

Trois types de capteurs dominent la mesure des vibrations de torsion en conditions réelles, chacun présentant un compromis différent :

Capteurs magnétiques (capteurs à impulsion par tour / PPR). Appréciés pour leur robustesse, leur faible coût et leur facilité d’installation. Leur principale limite réside dans le fait que la résolution est liée au nombre de dents de l’engrenage présent sur la roue cible.

Codeurs optiques. Utilisant des bandes zébrées ou des disques zébrés, les codeurs optiques peuvent atteindre des fréquences d’impulsions plus élevées et une précision supérieure à celle des capteurs magnétiques — au prix d’une sensibilité accrue à la saleté, à la poussière et à l’huile dans les environnements difficiles.

Codeurs incrémentaux. Dispositifs à haute résolution qui fournissent suffisamment de données par tour pour permettre l’analyse des effets d’ordre supérieur, l’analyse des erreurs de transmission et l’identification de l’ordre d’engrènement des pignons.

Le choix entre ces différents types de capteurs dépend des exigences de précision et de l’environnement dans lequel le capteur doit fonctionner.

Mesure angulaire ou temporelle

La mesure NVH classique est généralement basée sur le temps. La mesure des vibrations de torsion bénéficie en revanche d’une approche basée sur l’angle, utilisant des compteurs haute résolution fonctionnant dans la gamme des gigahertz. Cela permet d’obtenir des résultats très précis et un traitement FFT rapide — en grande partie parce que les fichiers de données obtenus sont bien plus petits que les enregistrements équivalents basés sur le temps. Le traitement basé sur l’angle permet également de gérer proprement les artefacts, par exemple en corrigeant les joints bout à bout du ruban zébré ou des repères d’engrenage (une dent manquante sur un engrenage 60-1, par exemple, apparaîtrait sinon comme une chute de vitesse à environ la moitié de la valeur moyenne).

Pourquoi la résolution angulaire est plus importante que le pas du capteur

Voici un point contre-intuitif mais important : la résolution angulaire d’un système de mesure des vibrations de torsion n’a pratiquement rien à voir avec le nombre de dents ou de repères sur la roue du capteur.

À première vue, il semble évident qu’une roue dentée à 60 dents (pas angulaire de 6°) devrait limiter la résolution à 6°, et qu’un disque segmenté de 720 lignes devrait la limiter à 0,5°. En réalité, la résolution angulaire obtenue est bien plus fine que le pas angulaire — car la roue cible tourne et la mesure utilise un compteur de temps haute résolution plutôt que de se contenter de compter les repères.

La résolution angulaire est déterminée par :

Δφ_resol = ω̄ × Δt_resol = ω̄ / f_clock

Avec un compteur cadencé à 12,3 GHz — soit une résolution temporelle d’environ 81,3 picosecondes —, la résolution angulaire obtenue est généralement supérieure à 1/1 000e de degré, quel que soit le nombre de dents ou de lignes de la roue du capteur. En d’autres termes, un plus grand nombre de repères par tour améliore la fréquence d’échantillonnage (la fréquence à laquelle on obtient une nouvelle valeur), mais pas la résolution de chaque mesure individuelle. Seule une horloge plus rapide améliore la résolution — car cela signifie « observer de plus près », et non « observer plus souvent ».

Résolution et précision

Il convient de distinguer deux concepts que l’on confond facilement : la résolution correspond à la plus petite différence qu’un système peut détecter, tandis que la précision indique dans quelle mesure une mesure est proche de la valeur réelle. Un convertisseur analogique-numérique de 24 bits, par exemple, peut résoudre des différences aussi infimes qu’une fraction de microvolt — mais le bruit réel, les tolérances des capteurs et les imperfections mécaniques font que ce niveau de résolution s’accompagne rarement, dans la pratique, d’une précision équivalente. Il en va de même pour la mesure des vibrations de torsion : une résolution angulaire extrêmement fine ne dispense pas de l’utilisation de cibles de capteurs de haute qualité et d’un conditionnement de signal irréprochable.

Mise en place d'une chaîne de mesure

Un dispositif typique de mesure des vibrations de torsion comprend :

Un capteur de vitesse (capteur magnétique, codeur optique ou codeur incrémental) monté sur l'arbre

Un système électronique de traitement du signal

Un appareil de mesure haute résolution équipé d'une carte d'entrée de vitesse (fonctionnant dans la gamme des gigahertz pour une résolution temporelle fine)

Un logiciel pour le traitement dans le domaine angulaire, le suivi d’ordre et l’analyse FFT

Ce même principe de mesure à haute résolution basé sur l’angle s’étend au-delà des vibrations de torsion à des applications connexes telles que la levée des soupapes et la dynamique du mécanisme de distribution, où une approche similaire associant capteur et compteur permet de capturer des mouvements mécaniques rapides avec une grande précision.

Choisissez la configuration de mesure adaptée à votre application

Le choix du capteur, la stratégie d’échantillonnage et le traitement du signal influent tous sur la qualité de la mesure — et la combinaison adéquate dépend fortement de la plage de vitesse de votre arbre, de l’environnement et de ce que vous devez détecter.

Discutez avec un ingénieur ROTEC de votre configuration de mesure des vibrations de torsion, découvrez notre gamme de capteurs de vibrations de torsion ou découvrez comment les données sont transformées en informations exploitables sur notre page d’analyse.

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Foire aux questions

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À quoi ressemble la solution ROTEC pour l'analyse de la rotation et que signifie « RAS » ?

Le système d'analyse rotationnelle (RAS) de ROTEC est utilisé depuis plus de 30 ans par des professionnels des secteurs de la construction mécanique, de l'automobile, de la production d'énergie et du sport automobile pour analyser de manière exhaustive les composants rotatifs.

Grâce à sa méthode de mesure unique, qui utilise une carte de comptage à 12,3 GHz et une approche strictement angulaire pour la détection et l'analyse de la vitesse de rotation, le système RAS offre aux utilisateurs un avantage inégalé.

ROTEC propose non seulement des capteurs de vitesse optiques et magnétiques, y compris des adaptateurs de conditionnement de signal, mais aussi le système de mesure modulaire RASdelta ainsi qu’un logiciel spécialisé et convivial pour la mesure et l’analyse. Cela permet de bénéficier d’une solution complète provenant d’un seul et même fournisseur. Les produits de technologie de mesure ROTEC sont parfaitement harmonisés et fournissent des résultats pertinents en très peu de temps après une mise en place simple de la chaîne de mesure.

Grâce à l’approche de la mesure de vitesse basée sur l’angle, les problèmes tels que les vibrations des capteurs peuvent être détectés dès la première mesure et corrigés immédiatement. Cela permet d’éviter efficacement les mesures erronées et coûteuses.

Notre équipe d’experts chez ROTEC ENGINEERING, composée d’utilisateurs de longue date, se fera un plaisir de vous aider à relever des défis complexes.

Existe-t-il des options permettant de personnaliser les systèmes de mesure et les logiciels ?

Le frontal ROTEC RASdelta est un système de mesure modulaire polyvalent pouvant être configuré individuellement avec 8 ou 16 cartes de mesure afin de répondre à vos besoins spécifiques en matière de mesure.

Notre logiciel RAS vous offre un système modulaire complet pour l'analyse de composants rotatifs et de systèmes complexes. Il s'agit d'un outil efficace destiné aux ingénieurs en mécanique qui ne nécessite aucune connaissance en programmation pour effectuer des mesures ou des analyses.

Si vous avez des questions spécifiques en matière de métrologie, notre équipe de consultants expérimentés de ROTEC ENGINEERING se fera un plaisir de vous aider.

ROTEC propose-t-elle d'autres services en plus des systèmes de mesure, par exemple des conseils sur mesure ou un accompagnement de projet ?

ROTEC propose non seulement des capteurs de vitesse, des systèmes de traitement des signaux, des systèmes de mesure (DAQ) et des logiciels de mesure et d'analyse, mais également des services d'ingénierie et de conseil.

Nos prestations comprennent la conception de points de mesure en CAO, l'usinage mécanique des composants, la mise en œuvre et l'étalonnage des capteurs, la réalisation des tâches de mesure et l'analyse des résultats conformément aux exigences de nos clients, y compris la présentation des résultats. L'équipe ROTEC ENGINEERING peut également prendre en charge des sous-projets dans le cadre de l'accompagnement de projets.

Existe-t-il une formation ou une assistance technique pour la mise en service et l'intégration des systèmes de mesure ?

Outre notre semaine annuelle de formation ROTEC, dispensée en allemand et en anglais, nous proposons également des formations sur mesure destinées aux utilisateurs. Ces formations sont spécialement adaptées à votre utilisation spécifique du système de mesure ROTEC et comprennent, outre les bases théoriques et une présentation détaillée du logiciel, des démonstrations pratiques de mesures réalisées dans votre environnement. Cela garantit que les futurs utilisateurs soient parfaitement préparés à votre application spécifique.

De plus, nous sommes ravis de vous accompagner lors de la mise en service de nouveaux systèmes de mesure afin que vous puissiez vous familiariser le plus rapidement possible avec les paramètres et les possibilités du logiciel RAS.

Comment l'accompagnement est-il assuré et existe-t-il des solutions d'auto-assistance ?

Outre notre équipe commerciale et d'assistance basée à Munich, qui dessert directement le marché d'Europe centrale depuis ce site, ROTEC collabore également avec des partenaires locaux sur de nombreux marchés internationaux. Ces partenaires accompagnent les utilisateurs locaux pour toutes les questions relatives à la technologie de mesure ROTEC, à l'assistance de premier niveau et aux demandes commerciales, grâce à un personnel qualifié.

Nos clients du monde entier apprécient la proximité de nos équipes commerciales et d'assistance, car cela nous permet de garantir une assistance efficace, même pour les questions ponctuelles.

Outre le contact personnel, ROTEC propose également une base de connaissances complète pour l'auto-assistance. N'hésitez pas à vous inscrire à notre base de connaissances pour obtenir des informations détaillées sur la mesure et l'analyse des vibrations de torsion, des erreurs de transmission et des systèmes de vannes, entre autres.