Modélisation et simulation du capteur de vibration (accéléromètre)

 Dans ce chapitre important de la thèse on va décrire en détail la chaine de mesure des vibrations et les différents types de modèles. Le développement du modèle de l’accéléromètre sera expliqué et présenté ainsi que sa validation par simulation et par tests expérimentaux. Les résultats obtenus seront comparés, analysés et discutés. Dans le processus de conception des systèmes dynamiques et des structures vibrantes, on doit faire appel dans la modélisation à des hypothèses de travail avant la conception du prototype. Le calcul dynamique de la structure vibrante commence par la détermination analytique des grandeurs modales (amortissement, fréquence, module du mouvement relatif, l’erreur de mesure). Ensuite, on passe à la vérification des hypothèses de travail par la méthode d’Analyse Modale Expérimentale (AME) une fois le prototype est conçu. Les fréquences naturelles, les modes de déformation, les rapports d’amortissement, et le nombre de degrés de liberté du modèle dans une gamme de fréquence sont aussi déterminés par l’utilisation de la méthode AME. A l’aide du modèle analytique, on réalise la simulation théorique du modèle développé et on identifie les forces qui perturbent le système et les réponses vibratoires (réponse fréquentielle), une fois le modèle théorique est vérifié. La Fig.III.1 illustre l’utilisation de l’Analyse Modale Expérimentale (AME) [37]. Fig. III.1. La méthode de l’AME et ses utilisations La chaîne de mesure est généralement composée d’une source d’excitation (marteau d’impact ou vibrateur) qui produit une force mesurée et contrôlée à l’aide d’un capteur de force, une conversion d’un mouvement mécanique en signal électrique par un capteur (accéléromètre, Analyse modale théorique (méthode des éléments finis)  vibromètre), l’information fréquentielle du signal est donnée à l’aide des conditionneurs de signal et un analyseur FFT à 2 canaux minimum, la Fig.III.2 montre le système de mesure. Fig. III.2. Organigramme de la chaîne de mesure III.2. Le générateur de vibration (vibrateur) Le générateur de vibrations produit l’excitation, son avantage est le pouvoir d’entretenir l’énergie de perturbation, mais nécessite la conception d’une structure d’attache qui peut fausser les résultats si elle vibre. En outre, un vibrateur est généralement limité à des fréquences comprises entre 3 à 2000 Hz [37]. Plusieurs types de vibrateurs sont utilisés comme excitateurs:

Le vibrateur électrodynamique

La Fig.III.3, montre un vibrateur électrodynamique. La circulation d’un courant I dans une bobine installée dans un champ magnétique engendre une force relative à l’induction. Un vibrateur électrodynamique est capable de générer des forces de l’ordre de 10 000 N dans une gamme de fréquence de 3 à 2000 Hz [37]. Source d’excitation (marteau, vibrateur) Capteur de force Structure Capteur de réponse vibratoire Conditionneur de signal Acquisition de données A/D (2 canaux minimum) .

Le vérin hydraulique

Le vérin hydraulique est commandé produire de grandes forces (supérieures à 100 000 N). capacité d’exciter les basses fréquences (0.5 à 200 Hz) et son inconvénient majeur réside dans son incapacité à exciter les hautes fréquences. crée de plusieurs façons. Il faut noter que le clapet est attaché à un capteur de force .

Le générateur de vibration

Le générateur de vibration (vibrateur des vibrations harmoniques comme illustré sur balayages en fréquence à l’aide de vibrations harmoniques moyenné 100 fois, pour l’obten balayage en fréquence, il faut vérifier que la variation de fréquence soit suffisamment lente pour que la structure ait le temps d’atteindre la vibration qu’elle aurait à cette fréquence en rég stabilisé. Fig. III.5. L’excitation sinusoïdale sera toujours celle qui donne le meilleur rapport signal/bruit dans le cas où le niveau de force requis est à la limite des possibilités du Un exemple du vibrateur électrodynamique [37 est commandé par un clapet qui change la pression de l’huile produire de grandes forces (supérieures à 100 000 N). L’avantage d’un vérin hydraulique est sa capacité d’exciter les basses fréquences (0.5 à 200 Hz) et son inconvénient majeur réside dans son incapacité à exciter les hautes fréquences. A l’aide de ces excitateurs, la vibration peut être Il faut noter que le clapet est attaché à un capteur de force énérateur de vibration harmonique vibrateur) joue deux rôles importants, le premier rôle est de gén comme illustré sur la Fig.III.4 et le deuxième est d’effectuer des balayages en fréquence à l’aide de vibrations harmoniques montré sur la Fig. moyenné 100 fois, pour l’obtention d’une bonne précision en excitation harmonique. Lors d’un balayage en fréquence, il faut vérifier que la variation de fréquence soit suffisamment lente pour que la structure ait le temps d’atteindre la vibration qu’elle aurait à cette fréquence en rég Fig. III.4. Un signal harmonique Fig. III.5. Un balayage en fréquence L’excitation sinusoïdale sera toujours celle qui donne le meilleur rapport signal/bruit dans le cas où le niveau de force requis est à la limite des possibilités du système d’excitation [ Modélisation et simulation du capteur de vibration (accéléromètre) 37]. par un clapet qui change la pression de l’huile et permet de L’avantage d’un vérin hydraulique est sa capacité d’exciter les basses fréquences (0.5 à 200 Hz) et son inconvénient majeur réside dans ’aide de ces excitateurs, la vibration peut être Il faut noter que le clapet est attaché à un capteur de force [37]. , le premier rôle est de générer III.4 et le deuxième est d’effectuer des la Fig.III.5. Un signal sera tion d’une bonne précision en excitation harmonique. Lors d’un balayage en fréquence, il faut vérifier que la variation de fréquence soit suffisamment lente pour que la structure ait le temps d’atteindre la vibration qu’elle aurait à cette fréquence en régime L’excitation sinusoïdale sera toujours celle qui donne le meilleur rapport signal/bruit dans le cas système d’excitation.