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Comment capter les vibrations ?
sont encombrants, fragiles et coûteux, mais sont utilisés
lorsqu’une précision importante est recherchée comme
en navigation ou en sismologie.
Les accéléromètres à résonateur comportent une poutre
en quartz vibrant à sa fréquence fondamentale de flexion.
Sous l’effet d’une accélération, une masse sismique vient
contraindre la poutre et modifier cette fréquence permettant
de mesurer l’accélération avec une très grande précision.
Capteurs pour la vitesse
Pour les vélocimètres électrodynamiques, la masse sismi-
que est une bobine suspendue qui se déplace aux abords
d’un aimant, entraînant une variation du champ magnétique
dans la bobine et générant un courant induit alternatif repré-
sentatif de la vitesse des vibrations. C’est l’effet inverse
du haut-parleur électrodynamique où le courant électrique
proportionnel aux signaux sonores déplace la bobine de la
membrane dans le champ magnétique de l’aimant.
Les vibromètres laser comprennent un tube laser qui envoie
sa lumière sur la surface de l’objet soumis aux vibrations.
Ces capteurs utilisent l’effet Doppler (le même qu’en acous-
tique), c’est-à-dire le changement de fréquence du faisceau
laser qui apparaît lorsque l’onde lumineuse se réfléchit sur
un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objec-
tum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois
D) en mouvement par rapport à l’émetteur. Ces capteurs
mesurent la vitesse des vibrations dans l’axe du faisceau
laser et permettent des mesures à longue distance ou à
travers des hublots pour des mesures en milieux hostiles.
Ils peuvent également fournir la valeur de déplacement soit
directement, soit par intégration de la vitesse. Ces systè-
mes sont onéreux et encombrants, mais permettent toute-
fois d’effectuer des mesures dans des endroits difficilement
accessibles ou sur des objets de très faible masse (tympan
de mouche !). Les vibromètres laser sont souvent confon-
dus avec les vélocimètres laser qui mesurent la vitesse de
défilement d’une surface ou d’un fluide. Les vélocimètres
laser fonctionnent par exemple avec 2 faisceaux laser de
fréquences différentes créant un motif de franges d’inter-
férence sur la surface de l’objet à mesurer.
Fig. 5 : Vibromètres Laser 3D à balayage (Source : POLYTEC)
Les vélocimètres à ultrasons fonctionnent également
par effet Doppler et utilisent des signaux ultrasonores
ou micro-ondes comme ceux utilisés par la Gendarmerie
au bord des routes.
Capteurs pour le déplacement
Les mesures de déplacement inductif, capacitif ou optique
peuvent se faire sur la masse sismique située à l’intérieur
d’un accéléromètre fixé sur l’objet soumis aux vibrations
ou directement sur cet objet, ce qui permettra d’effectuer
des mesures sans contact, ne perturbant pas le milieu
soumis aux vibrations.
Les capteurs de déplacement inductifs mesurent les dépla-
cements vibratoires relatifs et sans contact, quasi-statiques,
mais avec une dynamique limitée. Ils génèrent un champ
magnétique oscillant en bout de capteur. Si un objet élec-
triquement conducteur vibre dans ce champ, celui-ci se
trouve modifié et la variation est exploitée par un démo-
dulateur/amplificateur qui délivre un signal de sortie. Ce
type de capteur est très utilisé dans l’industrie, dans des
ambiances sévères, avec possibilité de grandes longueurs
de câble, mais nécessite souvent un calibrage sur site.
Les capteurs de déplacement capacitifs sans contact
mesurent la variation de l’entrefer d’un condensateur
dont les 2 armatures peuvent se trouver sur le capteur.
Ils peuvent alors fonctionner face à des matériaux isolants
et en température. Ils ont une grande sensibilité et une
bonne linéarité. Toutefois, ils nécessitent une ambiance
propre et leur gamme dynamique est limitée.
Les autres types de capteurs de déplacement sans contact
constituent la famille des capteurs optiques maintenant
très répandus. Les plus précis sont les capteurs inter-
férométriques qui sont plutôt utilisés en laboratoire et
servent aussi d’étalon pour les chaînes de mesure de
déplacement ou d’accélération. L’objet en mouvement
ou le capteur à étalonner est muni d’un réflecteur qui est
inclus dans un interféromètre (type Michelson ou Mach-
Zender). Le déplacement de l’objet est donc transformé
en déplacement de franges d’interférence, et en fonction
de la longueur d’onde lumineuse utilisée, un compteur de
franges permet de connaître le déplacement des vibra-
tions avec une très grande résolution.
Beaucoup plus courants sont les capteurs à triangulation
laser dans lesquels se trouve un petit émetteur laser qui
envoie un rayon très fin sur l’objet en mouvement. Le fais-
ceau réfléchi est renvoyé vers le capteur qui comporte un
détecteur comme montré sur la figure 6.
Lorsque le réflecteur en mouvement se déplace dans la zone
permettant d’effectuer des mesures, le faisceau renvoyé
se déplace face à l’objectif qui le concentre sur le récep-
teur optique. Ce détecteur de position convertit la lumière
en retour en tension électrique analogique. Ces capteurs
permettent des mesures sur de très petites pièces, à
distance, avec une grande précision et sur une étendue
de mesure importante. Avec l’utilisation de hublots et de
miroirs, il est possible d’effectuer des mesures de vibra-
tion sur des objets difficilement accessibles ou dans des
environnements sévères.