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Comment capter les vibrations ?
ser les prix de ces capteurs dans des proportions aussi
très importantes. Ils ne sont plus un obstacle à la sophis-
tication des produits et se retrouvent dans des applica-
tions aussi diverses que l’automobile, l’électroménager,
la communication, les loisirs et jouets...
Capteurs pour l’accélération
Les accéléromètres constituent la famille la plus importante
de capteurs de vibration. L’unité d’accélération est le m/
s² (ou le g = 9,80665 m/s² par accord international) et il
n’est pas facile d’effectuer des mesures directes en mesu-
rant distance et temps des objets en mouvement, surtout à
des fréquences élevées. Il est plus facile d’accéder à cette
information par une mesure indirecte, comme la mesure
de la force (F) appliquée à une masse (m) soumise à cette
accélération (a). La relation F=m.a permet de connaître plus
simplement la valeur de l’accélération : a=F/m.
Cette masse dite sismique est suspendue par un ressort
de raideur (k) au boîtier du capteur qui est fixé sur l’objet
soumis aux vibrations. Il est également possible, en mesu-
rant le déplacement (x) de cette masse, d’accéder à la
mesure de force (F=k.x), ce qui donnera alors la mesure
d’accélération : a=k.x/m
Les termes (k) et (m) étant constants, une mesure du
déplacement (x) de la masse sismique donnera donc direc-
tement une mesure de l’accélération des vibrations. Le
schéma de la figure 2 illustre le système masse-ressort
du principe des accéléromètres.
Fig. 2 : Système masse-ressort (Source Wikipedia)
Les accéléromètres piézoélectriques comportent une masse
sismique qui comprime ou cisaille, suivant le type, une céra-
mique ou un cristal piézoélectrique qui délivre des charges
électriques proportionnellement à l’accélération à laquelle
est soumise la masse. Le matériau piézoélectrique est à
considérer comme le ressort (k) suspendant la masse (m).
Ces capteurs peuvent fonctionner en ambiance sévère,
dans une large gamme de fréquence et dans une vaste
étendue de mesure. Toutefois, ils sont limités en basse
fréquence et ne permettent pas de mesurer le continu.
Ils comportent parfois un circuit électronique miniature
intégré qui peut être un amplificateur de charge sophisti-
qué ou un simple convertisseur de charge en tension.
Fig. 3 : Principe de l’accéléromètre avec céramique en
compression (Source : http://www.pcb.com)
La photo de la figure 4 montre un accéléromètre (A) avec
des céramiques montées en compression utilisable dans
une gamme étendue de température, à fixer avec un goujon
et un accéléromètre miniature (B) ne pesant que 0,5 g avec
une céramique fonctionnant en cisaillement annulaire qui est
à fixer par collage. Ces 2 accéléromètres ne comportent
pas d’électronique intégrée et nécessitent un amplificateur
de charge pour conditionner les signaux recueillis.
Fig. 4 : Accéleromètres (Source : Endevco)
Les accéléromètres piézorésistifs comportent une poutre
souvent chargée avec une masse sismique et équipée de
jauges de déformation dont la résistance varie avec la flexion
de la poutre lorsqu’elle est soumise à des vibrations. Ces
capteurs permettent de mesurer les faibles accélérations
jusqu’à passer le continu. Ils doivent être alimentés électri-
quement en permanence et sont limités en température.
Les accéléromètres à fibre optique sont utilisés en milieu
très sévères (explosifs ou nucléaire). Les vibrations engen-
drent des différences de marche ou d’intensité dans la
lumière parcourant les fibres. Des cellules photoélectri-
ques transforment ensuite ces variations en signaux élec-
triques. Ces systèmes permettent de déporter très loin le
traitement des vibrations puisque les fibres transportent
facilement les informations sur de longues distances.
Dans les accéléromètres asservis, la force de rappel de la
masse sismique est créée électriquement par un électro-
aimant dont on mesure le courant nécessaire pour immo-
biliser cette masse. Ces capteurs d’une grande résolution
Applied Acceleration (a)
Mass (m)
Piezoelectric
Material
+ Signal
- Leads
Housing