Mesure de vibrations avec accéléromètres IEPE

Les accéléromètres IEPE sont le capteur standard de la mesure de vibrations sur bancs d'essai, machines et structures. Ils sont robustes et faciles à câbler, mais nécessitent la bonne excitation, le bon couplage, le bon gain et la bonne fréquence d'échantillonnage. Cet article explique le fonctionnement d'un accéléromètre IEPE, comment dimensionner le gain et la fréquence d'échantillonnage pour votre plage de fréquences, ce qu'il faut vérifier avant la première mesure, et quels conditionneurs de signaux, modules DAQ et capteurs ICP DAS conviennent.

Fonctionnement d'un accéléromètre IEPE

IEPE signifie Integrated Electronics Piezo-Electric (électronique intégrée piézoélectrique). L'élément piézoélectrique produit une charge proportionnelle à l'accélération, et un petit amplificateur intégré au capteur convertit cette charge en une tension à faible impédance. L'amplificateur est alimenté par les deux mêmes fils qui transportent le signal, généralement un câble coaxial.

L'appareil de mesure fournit un courant constant de quelques milliampères à partir d'une alimentation dont la tension de conformité est d'environ 18 à 30 V. Lorsque le capteur est connecté, une tension de polarisation continue apparaît sur la ligne, et le signal de vibration se superpose à celle-ci. L'accéléromètre iSN-701-F15, par exemple, spécifie une polarisation de 10 à 14 VDC. L'entrée doit donc être couplée en courant alternatif : un condensateur bloque la polarisation, et seul le signal dynamique est transmis à l'amplificateur puis au convertisseur A/N.

Deux conséquences en découlent. Le condensateur de couplage forme un filtre passe-haut, de sorte que les très basses fréquences sont atténuées. Et l'écart entre la tension de conformité et la tension de polarisation limite l'amplitude que le signal peut atteindre avant l'écrêtage.

Sensibilité, plage et gain

La sensibilité s'exprime en mV/g : un capteur de 100 mV/g délivre 100 mV pour 1 g. Choisissez la sensibilité et le gain de sorte que la vibration maximale attendue ne soit pas écrêtée, tandis que la vibration minimale d'intérêt reste nettement au-dessus du bruit de fond.

Exemple détaillé : un accéléromètre iSN-701-F15 (100 mV/g, ±80 g) alimente un conditionneur SG-3227 doté d'une sortie de ±10 V. Le réglage du gain détermine la plage utilisable :

Le gain influe aussi sur la bande passante. Sur le SG-3227, la fréquence de coupure haute est de 80 kHz à ×1 et ×10, et de 50 kHz à ×100.

Fréquence d'échantillonnage et plage de fréquences

Le théorème d'échantillonnage impose une fréquence d'échantillonnage supérieure au double de la fréquence la plus élevée. Pour l'analyse spectrale, un facteur de 2,56 est un choix courant, car il laisse une marge pour le filtre anti-repliement. Les impulsions de choc et autres signaux temporels nécessitent un échantillonnage encore plus rapide.

• Jusqu'à 1 kHz : au moins 2,56 kéch./s par voie
• Jusqu'à 5 kHz : au moins 12,8 kéch./s par voie
• Jusqu'à 10 kHz : au moins 25,6 kéch./s par voie

À l'autre extrémité, le couplage en courant alternatif fixe la limite : le SG-3227 présente une coupure basse de 1,6 Hz avec un couplage de 0,1 µF, ou de 0,2 Hz avec 1 µF, et le PET-AR400 indique 0,16 Hz. Vérifiez également l'accéléromètre ; l'iSN-701-F15 est spécifié à partir de 0,5 Hz.

Sur les entrées multivoies, la fréquence peut dépendre du nombre de voies actives. Le PET-AR400 échantillonne à 128 kHz avec une voie, 64 kHz avec deux voies et 32 kHz avec trois ou quatre voies, avec une bande passante de 12,8 kHz (−0,1 dB) pour une ou deux voies et de 6,4 kHz pour trois ou quatre voies.

Liste de contrôle de la mise en service

• Réglez le courant d'excitation selon la fiche technique du capteur. Le SG-3227 propose 2, 4, 6 ou 10 mA par voie ; des courants plus élevés facilitent l'attaque de câbles longs à haute fréquence.
• Vérifiez la tension de polarisation avant la mesure. Une valeur proche de zéro indique un court-circuit, une valeur proche de la tension d'alimentation un circuit ouvert. Le SG-3227 l'affiche par voie à l'aide de voyants : vert pour normal, jaune pour ouvert, rouge pour court-circuit.
• Montez le capteur de façon rigide. Le montage par goujon offre la plage de fréquences la plus large ; les aimants et les plots adhésifs réduisent la fréquence haute utilisable.
• Évitez les boucles de masse entre la machine et le système DAQ, par exemple avec des entrées isolées ou un socle de fixation isolant.

Produits ICP DAS pour la mesure de vibrations IEPE

Conditionneur de signaux pour matériel DAQ existant

Le SG-3227 est un conditionneur de signaux IEPE à 2 voies. Chaque voie se règle au moyen de micro-interrupteurs DIP pour le courant d'excitation (2, 4, 6 ou 10 mA) et le gain (×1, ×10 ou ×100), et dispose d'une sortie en tension de ±10 V. La sortie peut être reliée à toute entrée DAQ à plage de ±10 V, par exemple la carte PCIe-8620 à échantillonnage simultané ou le module DAQ Ethernet PET-7H16M.

DAQ Ethernet avec entrées IEPE

Le PET-AR400 dispose de quatre entrées IEPE différentielles sur connecteurs BNC avec une excitation de 4 mA, d'un convertisseur A/N 24 bits, d'un couplage CA ou CC sélectionnable par cavalier, et d'un déclenchement logiciel ou analogique par seuil. Les données sont lues en flux TCP ou en Modbus TCP, avec des kits SDK pour Windows (y compris LabVIEW) et Linux, et le module peut être alimenté par PoE.

Enregistrement autonome et surveillance permanente

Les enregistreurs de données AR-200 et AR-400 acquièrent simultanément 2 ou 4 voies IEPE avec une excitation de 3 mA et une résolution de 16 bits, jusqu'à 200 kHz (AR-200) ou 125 kHz (AR-400) par voie. Les données sont stockées sur une carte microSD pour une analyse hors ligne, et l'enregistrement peut être déclenché par bouton-poussoir, minuterie, seuil ou entrée numérique.

Pour la surveillance permanente, l'iSN-701X alimente un accéléromètre IEPE avec 4 mA, convertit le signal en valeurs caractéristiques de vibration et déclenche une alarme lorsqu'une valeur dépasse son seuil. Les valeurs sont lues via Modbus TCP ou Modbus RTU ; l'iSN-701X-mA ajoute une sortie 0/4-20 mA.

Accéléromètres

L'iSN-701-F15 est un accéléromètre IEPE monoaxe d'une sensibilité de 100 mV/g, d'une plage de ±80 g et d'une réponse en fréquence de 0,5 Hz à 15 kHz, avec un indice de protection IP68 (sans câble), livré avec un câble de 3 m ou 6 m. Les modules capteurs de vibrations iSN-711 et iSN-713 utilisent des capteurs MEMS plutôt que IEPE et conviennent à la surveillance basse fréquence via RS-485.

Transmettez le type de capteur, la plage de fréquences et le nombre de voies à notre équipe commerciale technique, et nous vous aiderons à constituer la chaîne de mesure.