Des acclromtres, il y en a par-tout ou presque.On les utiliseaussi bien pour valuer le confortvibratoire dun vhicule que pourdtecter un dfaut sur une machine tournan-te ou encore pour caractriser le comporte-ment dynamique dun quipement sur unbanc dessai... Et ne parlons pas de ceux quiservent dclencher louverture des airbagsou guider un satellite.Bref, les applicationsne manquent pas.Et comme souvent dans cescas-l, le capteur universel nexiste pas.Le choixdun acclromtre nest donc guid que parlapplication laquelle il est destin.Une fois le

besoin clairement dfini,tout nest ensuite quuneaffaire de priorits et decompromis.Dans certainscas (mesures en environ-nement industriel, parexemple), on privilgieplutt la robustesse ducapteur (sa tenue auxchocs, aux tempraturesleves, aux milieux cor-rosifs). Dans dautres(essais de recherche-dve-loppement),peu impor-te la robustesse ou ladure de vie, lessentieltant la prcision de lamesure.Et cest ce que prouventles sites Internet et les

brochures des fournisseurs : au lieu de dcli-ner leur offre en termes dtendue de mesu-re, de sensibilit, de rptabilit, un peucomme ils le feraient pour un capteur clas-sique, ils prsentent les diffrentes applica-tions auxquelles leurs acclromtres peu-vent rpondre : automobile, aronautique,surveillance industrielle, R & D, environne-ments svres, etc. Pour orienter lutilisateur verstel ou tel type de capteur,il nous faut avant tout connatrelapplication.Sil nous indique seulement la sensibilit oula gamme de mesure quil recherche, par exemple, nous

avons tous des quantits de modles qui peuvent rpondre ce besoin! , souligne Frank Retourn, p.-d.g.de PCB Piezotronics. Mme analyse pour Jean-Pierre Labattu, p.-d.g. de Kistler : Quand on par-le dacclromtre,on englobe des capteurs extrmementdiffrents les uns des autres.Pour que ce terme veuille direquelque chose,il faut prciser lapplication.Car on rechercheun acclromtre un peu comme un vhicule : pour unusage prcis .

Acclration, vitesseou dplacementA cela sajoute une autre spcificit. Si lacc-lromtre est autant rpandu,cest quil permetdaccder plein dautres grandeurs.La force,par exemple, partir de la relation F = m x a(o m est la masse et a lacclration).La forcepermet ensuite de dterminer par exemple lacontrainte applique une structure.A partir de lacclration, on peut aussi acc-der la vitesse et au dplacement :dun para-

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uide dachatGM E S U R E S M C A N I Q U E S

Les acclromtresEn matire dacclromtres, loffre est abondante et varie. Un peu limage des appli-cations auxquelles ils sont destins. Car on les emploie aussi bien pour surveiller desmachines tournantes que pour raliser des essais de vibrations ou de chocs, dclencherun air-bag ou surveiller les ouvrages de gnie civil Suivant les cas, les technologies retenir sont souvent diffrentes et les capteurs nont pas du tout les mmes caractris-tiques. Bref, cest lapplication qui commande

En bref

Pour bien choisir un acc-lromtre, il faut avant toutbien savoir quoi il est des-tin. Cest lapplication quidtermine le type de cap-teur utiliser.

Quatre technologies separtagent lessentiel dumarch : les acclro-mtres pizolectriques,pizorsistifs, capacitifs etasservis. Tous ne sont pasutiliss dans les mmesconditions.

Une fois lacclromtrechoisi, il faut encoreprendre ses prcautions :ne pas ngliger notammentson montage sur la struc-ture, ni son talonnage.

Des acclromtres, il y en a detoutes les formes, de toutes lestailles...Certains se collent,dautres se vissent, certains sontconus pour rsister aux chocsles plus durs, dautres pourfonctionner jusqu 400 C.Bref, il peut tre difficile de syretrouver. Pour faire le bonchoix, il faut avant tout biendfinir son besoin.PC

B Pi

ezot

roni

cs

mtre lautre, il ny a en effet quune int-gration ou une drivation mathmatique dusignal : en intgrant lacclration,on obtientla vitesse, puis le dplacementCurieusement, la mesure de vibrations estainsi lapplication la plus courante de lacc-lromtre. Sa lgret (il ne pse quequelques grammes), sa taille (au plusquelques cm3) et les larges gammes de fr-quences quil permet de couvrir en fontmme le capteur de choix. Ensuite, le para-mtre choisi pour exprimer le rsultat (acc-lration, vitesse ou dplacement) dpend delapplication, ainsi que des habitudes dumtier. Les mcaniciens sintressent gnralement audplacement, explique Christian Delamare,directeur commercial dAllianTech. Peut-tre par-ce que par le pass,certains avaient lhabitude de placer unstylo sur la structure en vibration,et une feuille en vis--vis,afin de mesurer lamplitude du mouvement . Maisle plus souvent, cest la vitesse qui focaliselattention. Dans le domaine des vibrations indus-trielles, la majorit des normes portent sur la vitesse,poursuit M. Delamare (AllianTech). Il faut direquhistoriquement, les capteurs de vitesse ont t fabri-qus avant les capteurs dacclration .On peut aus-si accder au dplacement, mais pour que lecalcul de la double intgration donne unrsultat exploitable, il est prfrable de tra-vailler en basse frquence. Pour la mme rai-son, quelquun qui sintresse uniquement la mesure de dplacement emploiera rare-ment un acclromtre

Quatre grands types de capteursCt principes de mesure, loffre est globa-lement divise en quatre. Les acclromtrespizolectriques, pizorsistifs, capacitifs etasservis couvrent eux quatre la grandemajorit des applications.Leur principe nest pas si diffrent. Ces cap-teurs intgrent gnralement une masse (ditesismique) suspendue par un ressort. Enmesurant la force laquelle est soumise cet-te masse, on en dduit lacclration (tou-jours par F = m x a).Seul le principe de mesure de la force changedune technologie lautre. Dans la plupartdes capteurs pizolectriques, la masse sis-mique exerce des efforts de compression ou(le plus souvent) de cisaillement sur un mat-riau pizolectrique qui gnre alors une char-ge lectrique proportionnelle la force quilui est applique (donc lacclration mesu-rer). Dans les capteurs pizorsistifs, cest unpeu le mme principe, sauf que la masse sis-mique est le plus souvent solidaire dunepoutre dont on mesure la dformation (avecdes jauges pizorsistives).Avec les acclromtres capacitifs,en revanche,

on sintresse gnralement au dplacementde la masse sismique sous leffet de laccl-ration.La masse se dplace en effet entre deuxlectrodes.La variation de tension aux bornesde celles-ci traduit alors lacclration.(Dautresacclromtres capacitifs intgrent une sorte dediaphragme dont le mouvement varie en fonc-tion de lacclration).Dans le cas des accl-romtres asservis, enfin, il ny a pas de dpla-cement de la masse sismique :on cre (le plussouvent par un lectro-aimant) une force ga-le et oppose celle quinduit lacclrationpour maintenir la masse sismique dans saposition initiale. La force applique est alorsproportionnelle lacclration mesurerAlors,quelle technologie utiliser? Tout dpendbien sr de lapplication. La diffrence se feraessentiellement au niveau des gammes de fr-quences, des tempratures dutilisation et delencombrement.

Les acclromtres pizolectriques sontles premiers avoir fait parler deux, il y aprs de 50 ans. Suivant le matriau pizo-lectrique quils emploient, tous les capteursnoffrent pas les mmes proprits (notam-ment en termes de tenue la tempratureou de niveau du signal de sortie). En rglegnrale, ce sont les capteurs qui offrent lagamme de temprature la plus large. Seulsles acclromtres pizolectriques permet-tent daller au-del de 200 C,et certains per-mettent mme datteindre 760 C.Autre avantage, une chelle de mesure ten-due (de 10-5 g 105 g) et une gamme defrquences relativement large (de 0,3 Hz 40 kHz), ce qui leur permet de couvrir unegrande varit dapplications : aussi bien pourcaractriser le comportement dquipementsque pour des mesures basse frquence (tellesque le confort vibratoire) ou encore pour la

Lacclromtre devient analyseur FFTLe capteur SeTac de la socit Sequoia (reprsente par Spec-tral Dynamics) est mi-chemin entre un acclromtre et unanalyseur FFT. Dans le mme botier (de30x55x15 mm) sont en effet regroups trois acclro-mtres (un pour chaque axe) et un microprocesseur pourle traitement et lanalyse du signal. Avec un logicielspcifique, on peut alors raliser des fonctions deFFT, de suivi spatial, temporel, etc. Il est en outre possible defixer des seuils de dpassements dun certain niveau vibratoire.Bien sr, compte-tenu que llectronique est intgre, le capteur est utili-sable dans une gamme de temprature moins large que celle dun capteurclassique (de 0 70 C). Il offre une tendue de mesure de 5 g (avec unersistance aux chocs jusqu 1 000 g) et pse 55 grammes.

Jusqu 175 C avec lectronique intgreAlors que les acclromtres lectronique intgrene peuvent gnralement pas tre utiliss au-del de130 C, le modle 65HT-10 de Brel & Kjaer-Endevcofonctionne de - 55 175 C. Autres atouts, sa taille(cest un cube de 10 mm darte) et sa masse (5 g). Cecapteur tri-axial est ddi lanalyse de structuresaussi bien dans les bancs dessais moteurs que surdes pices et composants lgers tests en chambre climatique.

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Un capteur qui ne craint ni le chaud, ni le froidPour les acclromtres ATH 110 de FGP Instrumen-tation, peu importe la temprature Entre - 40 Cet 60 C, cela ne leur fait ni chaud, ni froid : lint-rieur du botier est chauff par des rsistances lec-triques associes une lectronique de rgulationet une sonde de temprature. Rsultat, la temp-rature lintrieur du capteur est maintenue

constante 1 C par rapport au point de consigne, ce qui permet de saf-franchir des drives thermiques de zro, de sensibilit, etc. Le capteur pseprs de 25 grammes, et offre (suivant les modles) une tendue de mesurede 20 g 500 g.

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Les principales technologies

Principaux avantages Principales limitations Domaine dapplications privilgi

Pizolectrique - Utilisable haute temprature (jusqu 700 C) - Ne passe pas la composante continue - Phnomnes vibratoires impulsionnels ou non

- Cot gnralement peu lev (entre 250 et - Peu adapt aux chocs pyrotechniques au-del - Caractrisation du comportement de structures

600 euros pour les plus courants) de 100 000 g et dquipements

- Large chelle de mesure (de 10-5 105 g) - Mesures hautes tempratures

- Sensible aux vibrations de faible amplitude - Mesures sismiques

- Faible encombrement - Mesures de chocs

- Rponse en frquence tendue, de 0,5 Hz 40 kHz - Phnomnes vibratoires basse frquence

(analyse de confort vibratoire)

Pizorsistif - Passe la composante continue - Tempratures infrieures 130 C - Mesures dacclrations de faible amplitude et de

- Faible encombrement - Cot plus lev que le pizolectrique vibrations basse frquence (jusqu quelques

- Adapt la mesure de chocs de haute amplitude - Moins sensible aux faibles niveaux que le milliers de Hz)

(suprieure 100 000 g) pizolectrique - Mesures de chocs

- Caractrisation dquipements et de structures

(mesures quasi-statiques) : comportement de

vhicules, suspension lors dessais routiers,

crashs-tests, etc.

Capacitif - Passe la composante continue -Tempratures infrieures 130 C - Phnomnes vibratoires de faible amplitude et

- Signal de sortie leve (4 V pleine chelle contre - Encombrement de basse frquence, acceptant des surcharges

400 mV pour le pizorsistif) - chelle de mesure limite (infrieure 1 000 g) ponctuelles importantes

- Peu sensible la temprature - Limitations en frquence (pas plus de quelques - Mesure dacclration statique et quasi-statique

- Robuste centaines de Hz) (comportement de vhicules sur routes

ou sur bancs, comportement douvrages dart, etc.)

Asservi - Passe la composante continue - Cot (entre 2 300 et 3 000 euros) - Mesures de faible amplitude et de phnomnes

- Rsolution trs leve (jusqu 10-6 g) - Fragilit inertiels basse frquence

- Signal de sortie lev - Encombrement - Exemples : correction de trajectoire, stabilisation de

- Tempratures infrieures 150 C plates-formes, etc.

mesure de chocs. Cest aussi le capteur le plus sen-sible pour les mesures sismiques,dans le domaine du bti-ment ou de la gophysique , ajoute M. Delamare(AllianTech).Avec tout de mme quelques limitations. Lescapteurs pizolectriques ne permettent pasdobserver des frquences trs basses, et ils ne

passent pas la composante continue. Deplus, ils ne sont pas recommands pour les mesures dechocs de haute amplitude, qui peuvent causer des drivesde zro.Dans ces conditions,il vaut mieux utiliser des cap-teurs pizorsistifs , souligne Bruno Cristofari,responsable capteurs-conditionneurs chezBrel & Kjaer (qui commercialise les acclro-mtres dEndevco).Les acclromtres pizorsistifs offrentlavantage, contrairement aux prcdents, depasser la composante continue. Ils sont essen-tiellement destins aux mesures dacclra-tion statique et de vibrations basse frquen-ce (jusqu quelques milliers de Hz), ainsiqu la mesure de chocs de haute amplitude(200000 g). On les retrouve ainsi dans lesessais de crashs-tests (o une norme impo-se que lacclromtre employ passe la com-posante continue), dans le domaine de lau-tomobile embarqu (comportement duvhicule, suspensions, etc.). Par rapport auxcapteurs pizolectriques, ils sont cependantmoins sensibles aux faibles niveaux, et ils nepeuvent pas tre utiliss haute tempratu-

re (au-del de 130 C).Les acclromtres capacitifs offrentquelques similitudes avec les capteurs prc-dents.Tout comme eux, ils passent la com-posante continue et sont destins la mesu-re dacclration statique et de phnomnesvibratoires basse frquence (jusqu quelquescentaines de Hz). Ils montrent aussi lesmmes limitations en temprature. On lesutilise notamment dans ltude du compor-tement de vhicules,de trains (confort vibra-toire), douvrages de gnie civil (ponts, bti-ments), dans la surveillance de machinestournantes lentes et dquipements lourds,etc. Ils ont un champ dapplications similaire celui descapteurs pizorsistifs, except pour la mesure de chocs ,rsume M.Retourn (PCB Piezotronics).Malgrleur taille (largement suprieure celle descapteurs prcdents en raison de llectro-nique spcifique quils intgrent), les accl-romtres capacitifs concurrencent de plus enplus les autres technologies. Ils fournissentun signal de sortie lev (4V pleine chellecontre 400 mV pour les capteurs pizorsis-

Le choix de la taille du capteur dpend de lapplication,et notammentde la masse de la structure sur laquelle il sera fix. Mais il faut fai-re un certain nombre de compromis.Plus un capteur est lger,moinsil influence le phnomne quil est cens mesurer. Dun autre ct, ilsera aussi plus fragile et moins sensible.

Allia

nTec

h

tifs), et acceptent des surcharges importantes.Plus rares, les acclromtres asservis sontun peu considrs comme des capteurs deluxe.A priori, ils ont en effet tous les avan-tages : ils passent la composante continue,ils offrent de trs hautes rsolutions (jusqu10-6 g, contre prs de 10-3 g pour un cap-teur capacitif standard) et un signal de sortielev Le revers de la mdaille, cest un peula ranon du luxe : ils cotent beaucoup pluscher que les capteurs classiques (entre 2300et 3000 euros), et ils sont plus fragiles.Autreslimitations, leur encombrement (suprieur celui de tous les autres capteurs) et des tem-pratures maximales dutilisation de lordrede 150 C.Ils sont surtout utiliss pour observer desphnomnes de trs faible amplitude. Onles emploie notamment dans la navigation par inertie(pour des corrections de trajectoires,par exemple) ou pourdes problmes spcifiques tels que la stabilisation de plates-formes , souligne Albert Chari, grant deMCE (qui commercialise les capteurs asservisde Columbia en France). On est un peu la limi-te entre un acclromtre, un gyroscope et un inclino-mtre , ajoute M. Cristofari (Brel & Kjr).Aucun fournisseur ne propose les quatretechniques. Seuls quelques-uns (Brel & Kjaer-Endevco, Kistler, PCB Piezotronics) en proposentdeux, parfois trois. Dautres grands noms(DJB, Entran, etc.) sont plus spcialiss dansune seule technologie (pizolectrique pourDJB, pizorsistive pour Entran). Enfin, il exis-te aussi des acclromtres plus exotiques,employs dans des cas trs particuliers. Lasocit canadienne VibroSystM par exemple,propose un acclromtre fibre optique

destin aux mesures de vibrations dans lesenvironnements lectriquement hostiles (surles ttes de bobines des alternateurs turbo-lectriques par exemple), haute tension ouexplosifs. Quant la socit franaise Senso-rex, elle propose des capteurs capacitifs don-nant au choix lacclration ou linclinaison.Le principe capacitif permet en effet dex-ploiter non seulement le dplacement de lamasse sismique entre les deux lectrodes(pour en dduire la force laquelle elle estsoumise, donc lacclration) mais aussi saposition angulaire (pour en dduire lincli-naison). Cependant ces capteurs ne permet-tent pas encore de connatre les deux para-mtres en mme temps. En effet, commentsavoir, sur un vhicule ou un quipement anim dunmouvement, si linclinaison de la masse sismique obser-ve est due lacclration du vhicule ou la pesan-

teur ? , souligne Louis Goyet, responsableDpartement Produits chez Sensorex. La soci-t travaille dailleurs actuellement sur des cap-teurs permettant de connatre linclinaisontout en saffranchissant de lacclration.

Quelques critres incontournablesLa sensibilit, la gamme de mesure, la tem-prature dutilisation, la masse, la construc-tion, etc. sont autant de critres incontour-nables dans le choix dun acclromtre. Descritres qui conduisent, bien souvent, fai-re des compromislectronique intgre ou pas? La questionse pose lorsquon choisit un acclromtrepizolectrique ou pizorsistif. Ces capteurspeuvent en effet intgrer, ou non, le condi-tionneur et lamplificateur de charge. Il ny apas de solution universelle.Un capteur lec-

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Principales caractristiques

Capacitif Pizolectrique Pizorsistif Asservi

Dimensions Moyennes Faibles Faibles Importantes

Gamme de temprature Moyenne Eleve Moyenne Moyenne

Sensibilit aux faibles niveaux Moyenne Moyenne Faible Eleve

Cot Moyen Faible Moyen Elev

chelle de mesure Limite Trs large Large Limite

Rsistance aux chocs Trs leve Trs leve Moyenne Faible

Temprature max. dutilisation Basse Eleve Basse Moyenne

Sensibilit la temprature Faible Moyenne Moyenne Faible

Principe des acclromtres pizolectriques

Les acclromtres pizolectriques sont les plus rpandus.. Ils intgrent une masse (dite sismique) qui exerce,sous leffet de lacclration,des efforts de compression ou de cisaillement sur un matriau pizolectrique.Celui-ci gnre alors une charge lectrique proportionnelle la force qui lui est applique, donc lacclration mesurer.Les acclromtres pizolectriques compression, qui taient trs rpandus il y a quelques annes, sont aujourdhui de plus en plus remplacs par les acclromtres cisaillement, gnralement peu sensibles auxacclrations transversales et aux contraintes mcaniques exerces la base du capteur.

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tronique intgre est moins encombrant etson signal de sortie a moins de chances dtreperturb. Dun autre ct, il est limit entemprature (typiquement 125 C) et sadynamique de mesure est plus faible quedans le cas dune lectronique externe(120 dB au lieu de 160 dB dans le cas duncapteur pizolectrique).Malgr ces limitations, le capteur lectro-nique intgre a un succs croissant. lex-ception de la gamme de temprature, il ny a pratique-

ment aucun intrt prendreun capteur de type charge,rsume M. Retourn(PCB Piezotronics).Mmesi elle est plus faible,la dyna-mique dun capteur lec-tronique intgre reste rela-tivement importante et ellesuffit une majorit dap-plications .La gamme de mesure.Si lunit dacclra-tion est le m/s2, lagamme de mesuresexprime en mul-tiples de lacclrationg (g = 9,8 m/s2) due la pesanteur (un cap-teur classique offreune tendue de mesu-re pouvant aller jus-qu quelques cen-taines de g).Attentioncependant prendre

en compte la manipulation de lacclromtre.Lorsquon choisit un acclromtre de faibleg pour un environnement industriel svre,o il risque dtre manipul brutalement oude tomber, il vaut mieux slectionner unmodle comportant des butes mcaniquesintgres.La sensibilit.Cest le rapport entre la tensionde sortie et lacclration (il sexprime doncen mV/g pour un capteur lectroniqueintgre). Idalement, il doit tre le plus le-v possible. Mais l aussi, tout est une ques-tion de priorits. Le capteur le plus sensibleest aussi le plus encombrant. Dautre part,plus le capteur est sensible, plus sa frquen-ce de rsonance est basse, donc plus son uti-lisation est limite aux basses frquences.Enfin, le choix est guid par ltendue demesure : si elle est infrieure 10 g,on choi-sira le plus souvent une sensibilit de100 mV/g, et plutt 10 mV/g pour un cap-teur de plus de 10 g.La frquence de rsonance (ou frquencepropre) est la frquence laquelle llmentsensible du capteur entre en rsonance, etrpond avec un dplacement maximum une acclration donne. Elle doit bien srtre la plus leve possible, et largement sup-rieure aux frquences dans lesquelles se fait lamesure. Lexcitation de la frquence de rso-nance du capteur suffit lendommager.La gamme de temprature. On la vu, lechoix entre les diffrentes technologies repo-se notamment sur la temprature. Jusqu125 C, tous les capteurs, y compris ceux

dont llectronique est intgre, peuventconvenir. Au-del de 150 C, seuls les cap-teurs pizolectriques restent en lice.Mais pastous (tout dpend notamment de llmentpizolectrique quils intgrent et de leurconstruction mcanique).Tout dpend ausside la faon dont ils sont monts sur la struc-ture : contrairement aux capteurs visss, lescapteurs colls ne dpassent pas 200 C.La masse. Pour ne pas influencer le phno-mne quil est cens mesurer, le capteur doittre le plus lger possible.Mais plus un acc-lromtre est lger,moins il est sensible. Il estaussi plus cher et plus fragile (notamment auniveau de la connectique).Dun autre ct, safrquence propre est plus leveLe plus souvent, les capteurs destins auxapplications de tests sur bancs dessais sontplus lgers que ceux que lon utilise pour lasurveillance de machines tournantes, mais ilny a pas de rgle gnrale. En fait, tout

Principales applications

MESURESDE VIBRATIONS

Mesuressur bancs

Analyse destructures

Mesuresembarques

Pizolectrique lectronique intgrePizorsistif PizorsistifPizolectrique

R & D

CONTRLEINDUSTRIEL

Surveillancede machines

Mesures vibratoiressur quipements

Pizolectrique lectronique intgrePizorsistif Pizolectrique

MESURES SISMIQUESFaibles vibrations, basses frquences

Btiment, gnie civil, gophysique...

Pizolectrique lectronique intgreAsservi Capacitif

t 100 C t 760 C

t 175 C

Lacclromtreidal

Est petit (un cube de2-3 mm darte)

et lger (moins d1 g) A une frquence de rso-

nance leve (de lordrede 60 kHz),

donc une large bandepassante

Est lectronique intgre Fournit un signal assez

lev (1 V/g) Est robuste Peut tre coll ou viss Fonctionne entre -50 et

200 C Est intelligent (capteur

Teds) et ne cote pas plus de

300 euros(Source :Brel & Kjaer)

Certains acclromtres sont ddis aux mesures de vibrations enmilieu industriel.Ils permettent notamment de dtecter les dfauts defonctionnement des machines tournantes (balourds, dfauts de rou-lements,usures de loutil, etc.).

PCB

Piez

otro

nics

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dpend de la masse de la structure sur laquel-le est fix le capteur : un acclromtre de10 grammes est trop lourd pour mesurer lesvibrations de composants monts sur descartes lectroniques, mais il na aucuneinfluence sur les modes de vibrations dunepompe ou dune turbine de plusieurstonnes En gnral, il ne faut pas dpasser un rap-port de 1 10 entre la masse du capteur et celle de lastructure , indique M. Cristofari (Brel & Kjaer).Attention cependant ne pas ngliger lepoids du cble. On ne considre trop souvent que lepoids du capteur seul.Mais le cble a aussi son importance,tout autant que sa raideur , poursuit M. Cristofa-ri. Un cble raide et lourd peut suffire influencer le mode de vibrations dune struc-ture lgre lendroit o se fait la mesure.La rsistance aux chocs.Cest un paramtreimportant, notamment pour des applicationsen environnement industriel ou lorsque lecapteur est soumis de nombreuses mani-pulations qui multiplient son risque de chu-te. Il faut considrer lamplitude du choc (eng), ainsi que sa dure. Des chocs courts rap-prochs endommagent davantage le capteurquun seul choc relativement long.Le nombre daxes. Les acclromtres peu-vent permettre de raliser des mesures sui-vant un, deux ou trois axes. En mesure dacc-lration,on trouve essentiellement des capteurs mono-axe,alors que les acclromtres tri-axiaux sont plus courantsdans le domaine des vibrations ,souligne M.Retour-n (PCB Piezotronics). Les capteurs tri-axiaux sontnettement plus chers que les mono-axe.Mais ils vitent demultiplier le nombre de capteurs sur la structure. Cela

rduit la masse,et donc linfluence du capteur sur le ph-nomne mesurer , prcise Michel Brimbal,directeur gnral de Newport-Electronique.Quantaux capteurs bi-axiaux, ils sont beaucoupplus rares. La demande est trs faible, souligneM. Delamare (AllianTech). On les utilise dans descas particuliers tels que les mesures de vibrations dans destubes, sur des montages pneumatiques, etc..La construction mcanique. Il faut l aussi

faire des choix. Sur les matriaux constituantle botier, tout dabord. Les botiers en alu-minium, par exemple, sont plus lgers maisaussi plus fragiles que ceux en acier inoxy-dable. Il faut aussi regarder la faon dont estconstruit le capteur. Certains fournisseursproposent des capteurs hermtiques, sansprciser sils sont colls ou souds. Pourtant,leur robustesse (et leur cot) nest pas

des acclromtres

MESURESDE CHOCS

Crash-testautomobile

Essais de tenueaux chocs

Pyrotechnie,balistique

Pizolectrique Pizorsistif PizorsistifPizorsistif

VIBRATIONS APPLIQUESA LHOMME

Confort vibratoire,mesures normalises

Pizolectrique lectronique intgre Capacitif

ETUDEDE MOUVEMENTS

Guidage inertiel, comportementde vhicules, stabilisation de plates-formes...

Asservi

2000 g 50000 g

Acclromtres ou capteurs sans contact ?Sils sont les plus courants, les acclromtres ne sont pas les seuls capteurspermettant de mesurer les vibrations. Il existe aussi des systmes de mesuresans contact, tels que des capteurs de proximit courants de Foucault ouencore des vibromtres laser. Leur principal intrt est de raliser desmesures distance (donc mme si les surfaces qui vibrent sont trs hautetemprature ou si leur accs est difficile) et de ne pas perturber le phno-mne vibratoire quils mesurent.Mme sils sont plus souvent utiliss pour mesurer des dplacements, lescapteurs courants de Foucault peuvent mesurer des phnomnes vibra-toires des frquences allant jusqu 10 kHz (ils sont par exemple employspour la surveillance darbres dans les machines tournantes). Par contre, leurmontage est parfois problmatique (ils doivent tre monts sur une structu-re isole de llment contrler), la surface qui vibre doit tre lectrique-ment conductrice, et leur cot (lectronique comprise) est plus lev quecelui dun acclromtre classique.Les vibromtres laser, quant eux, prsentent priori tous les avantages : lamesure peut se faire plusieurs mtres de distance, sur tous types de picesou de structures (ils mesurent mme les vibrations du filament desampoules). Les vibromtres balayent aussi de grandes surfaces unevitesse record (pourvu quelles soient toutes vues par le capteur). Reste uninconvnient majeur, le prix (pas moins de 20 000 euros).

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comparable (notamment cause de la mau-vaise tenue des colles haute tempratureou des problmes dtanchit en milieuhumide).Enfin, dautres paramtres peuvent, selon lesapplications, avoir leur importance. Cest lecas notamment de la sensibilit auxcontraintes de base (qui sexercent sur la basedu capteur lorsquil est fix sur la structure),de lenvironnement climatique (humidit,

prsence de fluides) qui conditionnenotamment la connectique, ou encore de lasensibilit la temprature.

Des prcautions incontournablesUne fois lacclromtre choisi, il faut enco-re prendre un certain nombre de prcautionspour que les mesures soient correctes. Parmielles, le montage du capteur. Sur ce sujet,les fournisseurs sont unanimes : rien ne sert

davoir un excellent capteur sil nest pas bienmont, cest--dire parfaitement solidaire dela structure tester. Sinon, il risque de vibrerlui-mme sur la structure et de fausser lesmesures.Le plus souvent, les capteurs sont colls ouvisss. Les deux modes de fixation ont cha-cun leurs avantages et leurs limitations. Unmontage par vis permet de raliser desmesures en environnement svre et offre

Fabricant Principe Chane Chocs Haute t Masse Nb de Applications privilgies Observations(Reprsentant) (nombre daxes) complte** 10 000 g 250 C min. gammes

01dB-Stell Pizolectrique2 Oui Oui Oui 0,7 g 2 Maintenance des machines, surveillance Capteurs tanches

(1, 3) (50 000 g) (400 C) de chantiers, essais sur bancs et embarqus Pour nuclaire. Sur mesure

Bently Nevada Pizolectrique Oui Non Non 71 g 3 Essentiellement surveillance vibratoire

(1) des machines

Bourdon-Haenni Pizorsistif Non Non 4 Fabrications sur mesure

(1, 3) (70 C)

CIS Pizolectrique, Oui Non Oui 5 Mesures de vibrations de turbines

pizorsistif... (1)

Columbia Pizolectrique2, Oui Oui Oui 2 g 5 Tous types dapplications (surveillance

(MCE) asservi (1, 3) (100 000 g) (400 C) de machines, essais, etc.)

Colybris Capacitif Non Non Non 2,6 g 2 Mesures de chocs et de vibrations basses

(Sensorex) (1) (125 C) frquences (jusqu 800 Hz)

Crossbow Pizorsistif1 Oui Non Non 43 g 4 Surveillance vibratoire de machines

(MCE) (1, 3) (120 C)

DJB Instruments Pizolectrique Oui Oui 0,25 g 10 Applications industrielles et laboratoires

(1, 3) (450 C) (essais)

Dytran Instruments Pizolectrique1 Oui Oui Oui 0,6 g 100 Essais embarqus et sur bancs, analyse Construction en titane,

(AllianTech) (1, 2, 3) (70 000 g) (260 C) modles modale, maintenance prdictive, etc. modles immergeables

Endevco Pizorsistif1, capacitif, Oui Oui Oui 0,14 g 10 Tous types dapplications (essais, Labo dtalonnage dans

(Brel & Kjaer) pizolectrique1 (1, 2, 3) (200 000 g) (760 C) surveillance de machines) lEssonne. Vibromtres laser.

Entran Pizorsistif1 Oui Non Non 0,5 g 20 Arospatiale (satellites), crashs-tests, Modles acceptant de

(1, 2, 3) (180 C) sport automobile, armement, etc. hautes surcharges

FGP Pizorsistif2 Oui Oui Non 1 g 10 Tests et dvt produits (essais embarqus ou Modle thermostat (brevet)

Instrumentation (1, 2, 3) (50 000 g) (180 C) sur bancs, crash-tests)

HBM Inductif Oui Non Non 17 g 4 Basses frquences (confort automobile,

(1) (60 C) suspensions, ouvrages dart, sismique)

Honeywell Pizolectrique1 Non Non Non 12 g 2 Trajectographie (dplacement de

(Insyst) (1) (95 C) missiles, etc.)

Honeywell Asservi Non Non Non 50 g 7 Inclinomtrie, mesures de haute prcision Sensorex est un intgrateur

(Sensorex) (1) (175 C) (centrales de navigation arienne, etc.) de composants

IC Sensors Pizorsistif Oui Non Non 0,3 g 30 Guidage inertiel, surv. vibratoire, analyse

(AllianTech) (1, 3) (125 C) modles modale, crashs-tests, capteurs OEM

*Ce tableau prsente les principaux fournisseurs du domaine et ltendue de leur offre. Nous navons mentionn ici que les critres qui les diffrencient le plus : le nombre de gammes ou de modles quils commercialisent, les capteursspciaux (chocs, hautes tempratures), le capteur le plus lger (tous modles confondus), les applications auxquelles ils sont destins, etc. Les tendues de mesures et gammes de frquence tant semblables dun fournisseur lautre pour le mme type dapplications, elles ne figurent pas dans ce tableau.

**Fournisseurs offrant le capteur seul ou pouvant fournir aussi la chane de mesure complte

1 lectronique intgre - 2 avec ou sans lectronique intgre

Offre des principaux fournisseurs*

97MESURES 746 - JUIN 2002

Guide dachat

une rsistance mcanique leve mme si lastructure est soumise rude preuve. Maisil nest pas toujours possible de percer destrous de fixation (notamment dans le casdessais sur des prototypes coteux).De plus, la prsence de trous risque de modifier localement lecomportement vibratoire de la structure , indiqueM. Cristofari (Brel & Kjaer). Enfin, les capteurs visser sont gnralement plus lourds queceux que lon colle (on leur rajoute souventune base supplmentaire pour pouvoir les

visser). Il en rsulte donc une diminution dela frquence propre, et une limitation de lagamme de frquences dans lesquelles le cap-teur peut travailler.Le montage par collage est quant lui nondestructif. Il est utilis par exemple sur desstructures lgres ou de faible paisseur, oil est difficile de percer des trous de fixation.Cependant, il prsente des limites en termes de tem-prature, de rsistance mcanique et de transmission enfrquences (notamment dans les frquences leves) ,

souligne M. Labattu (Kistler).Tout dpend donc l aussi de lapplication. Dans le domaine de lautomobile,les capteurs sont le plussouvent colls,indique M.Retourn (PCB Piezotro-nics).En revanche,pour les mesures de chocs ou les mesuresde vibrations embarques, ils sont gnralement visss .Tout dpend aussi de la dure des mesures. Pour des applications long ou moyen terme,les capteurssont gnralement visss.Mais pour des tests dendurance oudes essais de quelques jours, il est plus pratique de les col-ler , ajoute M. Delamare (AllianTech).

Offre des principaux fournisseurs*

Fabricant Principe Chane Chocs Haute t Masse Nb de Applications privilgies Observations(Reprsentant) (nombre daxes) complte** 10 000 g 250 C min. gammes

Kistler Pizolectrique, Oui Oui Non 0,7 g 6 Essais embarqus ou non, surveillance de

capacitif (1, 2, 3) (165 C) machines, de structures, analyse modale

Kyowa Pizorsistif2 Oui Non Non 3 g 20 Bancs dessais, crash-tests surtout dans

(Phimesure) (1, 3) (70 C) modles le domaine de lautomobile

Mesurex Pizorsistif Oui Non Non 15 g 3 Tous types dapplications (essais,

(1, 2, 3) (95 C) surveillance vibratoire)

Monitran Pizolectrique1, Non Non Oui 9 g 9 Tous types dapplications Modles rsistants aux

(Axom) pizorsistif1 (1) (250 C) radiations, atm. explosibles

Newport Omega Pizolectrique Oui Non Non 1,5 g 5 Surveillance et tests vibratoires Construction en titane

(1, 3) (120 C)

PCB Piezotronics Pizorsistif, capacitif Oui3 Oui Oui 0,2 g 16 Domaine industriel (surv. de machines) et Tous les modles sont livrs

pizolectrique (1, 2, 3) (490 C) laboratoire (analyse de structures, essais) avec certificat dtalonnage

Capteurs hermtiquemt ferms

Schaevitz Asservi, inductif Oui Non Non 100 g 5 Inclinomtrie, mesures dacclrations

(PM Instrumentation) (1) modles statiques

Sensorex Capacitif Non Non Non 17 g 4 Mesures de chocs et vibrations basses Intgration de composants

(1) (85 C) frquences (jusqu 800 Hz) Inclinomtres-acclromtres

Sensotec Pizolectrique1, Oui Non Non 8 g 12 Environnements industriels, surveillance Modles immergeables

(AllianTech) pizorsistif1 (1, 2, 3) (85 C) modles vibratoire, gnie minier, essais moteurs

Silicon Designs Capacitif Oui Non Non 0,62 g 40 Surveillance vibratoire, crashs-tests, Sorties numriques ou

(AllianTech) (1, 3) (125 C) modles analyse modale, capteurs pour OEM, etc. analogiques

Vibro-Meter Pizolectrique1, Oui Non Oui 12 g 5 Surveillance vibratoire et bancs dessais

pizorsistif1 (1) (750 C)

VTI Hamlin Capacitif Oui Non Non 10 g 4 Automobile (air-bags, suspensions, etc.), Modles dacclromtres-

(Hamectrol) (1) (125 C) mesures dinclinaison, etc. inclinomtres

Wilcoxon Research Pizolectrique2 Oui Non 0,7 g 2

(01dB-Stell) (1, 3)

Wilcoxon Research Pizolectrique2 Oui Non Oui 0,4 g 7 Environnement industriel (surveillance Mesures sismiques

(LR Ingnierie) (1, 3) (260 C) machines, etc.), essais embarqus ou non

Wilcoxon Research Pizolectrique1 Oui Non Non 10 Applications sous-marines Capteurs tanches, trs

(Spectral Dynamics) (1, 2) (120 C) modles faible bruit

*Ce tableau prsente les principaux fournisseurs du domaine et ltendue de leur offre. Nous navons mentionn ici que les critres qui les diffrencient le plus : le nombre de gammes ou de modles quils commercialisent, les capteursspciaux (chocs, hautes tempratures), le capteur le plus lger (tous modles confondus), les applications auxquelles ils sont destins, etc. Les tendues de mesures et gammes de frquence tant semblables dun fournisseur lautre pour le mme type dapplications, elles ne figurent pas dans ce tableau.

**Fournisseurs offrant le capteur seul ou pouvant fournir aussi la chane de mesure complte

1 lectronique intgre - 2 avec ou sans lectronique intgre - 3 pour les applications en environnement industriel

Il existe enfin dautresmodes de fixation,qui suffisent au moinspour une premireanalyse : des mon-tages magntiques etmme de simplesrubans adhsifsdouble faceAutre lment nepas ngliger, ltalon-nage du capteur. Unacclromtre utilisdans des conditionsnormalesdoit tho-riquement tre ta-lonn au moins unefois par an.Mais il nya pas de rgle gnra-le. Dans des condi-tions difficiles (desessais dendurance,dechocs), il est courantdtalonner le capteuravant chaque essai.Lors des essais dho-

mologation dans le domaine de lautomobi-le, ltalonnage se fait systmatiquement tousles trois essais. En revanche, en milieu indus-triel, ce nest pas vraiment la valeur absolue delacclration ou de la vibration qui est int-ressante : pour dtecter un balourd ou unproblme de roulement, par exemple, on neconsidre le plus souvent que lvolution dela signature vibratoire de la machine.De lavisde M. Labattu (Kistler), donner lutilisateur desfrquences dtalonnage prcises de son capteur na pas beau-coup dintrt. Ce quil faut, cest quil gre le risque enfonction de son application :risque de faire un essai pour rien,davoir un arrt imprvu de production,etc..

Vers des acclromtresintelligentsQuen est-il des tendances du domaine?Mme si les technologies restent globalementles mmes, les capteurs nen finissent pasdvoluer : ils sont de plus en plus petits, ilsintgrent une lectronique de plus en plussophistique, ils sont construits dans des mat-riaux robustes et lgers (le titane, notam-ment)... et certains acclromtres intgrentmme un reprage lumineux permettant devoir, de loin, le capteur que lon interroge.Mais lune des tendances les plus marquantesest certainement celle qui consiste intgrerde plus en plus dintelligence au niveaudes capteurs. Cest le cas des acclromtresTeds (Transducer Electronic Data Sheet), ces cap-teurs qui intgrent une sorte de carte diden-tit lectronique (suivant la norme

IEEE 1451-4). Mais attention, il ne sagit pasdintelligence comme on lentend pour des capteurs de pro-cess,qui disent tout instant qui ils sont,o ils sont,silsfonctionnent ou pas,qui savent se remettre dans les condi-tions idales de fonctionnement par un recalage de zro,ou ajuster lchelle de mesure au phnomne mesur. Lescapteurs Teds permettent de mmoriser un certain nombredinformations,et de les restituer la demande , prciseM. Cristofari (Brel & Kjaer). Ces capteurs secomposent dune partie non rinscriptible(pour le fabricant) et dune partie rinscrip-tible dans laquelle lutilisateur peut rentrer( laide dun logiciel spcifique) diffrentstypes dinformations : la sensibilit, la fr-quence de rsonance, le nom du fabricant,etc. (Le format de stockage des donnes estle mme dun constructeur lautre).Lintrt ? Simplifier les mesures, surtoutlorsque le nombre de voies est important.Caril nest pas ncessaire de rentrer chaque foisles paramtres des diffrents capteurs,de recal-culer le gain, etc.Avec un capteur Teds, le sys-tme dacquisition reconnat automatique-ment le type de capteur, sa sensibilit etdtermine le gain en fonction du signal de

sortie quon lui demande.Grce cette fonc-tion (que lon trouve pour linstant sur desacclromtres pizolectriques) lchangede capteurs devient lui aussi instantan. Etlintrt, terme, est de pouvoir utiliser desacclromtres en rseau sur un bus ddi

Marie-Line Zani

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Guide dachat

*Les acclromtres commercialiss en France par Brel & Kjaer sont fabriqus par la socit Endevco. Cettedernire est prsente en France mais distribue principalement des capteurs pour OEM utiliss notamment dansdes programmes militaires.

**Capteurs sur mesure

Quelques questions se poser

Que veut-on faire ?Mesurer la vibration dunepice ? Contrler ltat dunemachine tournante ? Testerun quipement ? Surveillerune structure ? Mesurer unchoc ? valuer un confortvibratoire ? Faire une mesuresismique ?Sagit-il dun mouvement sui-vant 1, 2, 3 axes ?

Le phnomne mesurerQuelle est son amplitude ? Safrquence ? LenvironnementFaut-il des capteurs pour leshautes tempratures ? Rsis-tants aux chocs ? tanches ?Submersibles ?Lenvironnement est-il cor-rosif ? Irradi ? Humide ? La structure sur laquelle

se fait la mesureQuelle est sa masse ? Peut-ony percer un trou pour visser lecapteur ?

01dB-StellTl. : 04 72 52 48 00 - Fax : 04 72 52 47 47AllianTech :Tl. : 01 47 90 77 77 - Fax : 01 47 33 32 20Axom :Tl. : 01 48 86 77 94 - Fax : 01 42 83 11 95Bently-Nevada :Tl. : 02 40 72 99 44 - Fax : 02 40 72 99 46Bourdon Haenni :Tl. : 02 54 73 74 75 - Fax : 02 54 73 74 07Brel & Kjaer* :Tl. : 01 69 90 69 06 - Fax : 01 69 90 02 55CIS :Tl. : 01 47 88 35 81- Fax : 01 43 33 64 90DJB Instruments :Tl. : 03 29 86 51 24 - Fax : 03 29 86 87 40Entran :Tl. : 01 30 79 33 00 - Fax : 01 34 81 03 59FGP Instrumentation :Tl. : 01 30 79 65 40 - Fax : 01 34 81 07 85Hamectrol Composants :Tl. : 01 46 87 02 02 - Fax : 01 46 86 67 86HBM :Tl. : 01 69 90 63 78 - Fax : 01 69 90 63 80Insyst :Tl. : 01 30 12 16 40 - Fax : 01 30 12 16 44Kistler :Tl. : 01 69 18 81 81 - Fax : 01 69 18 81 89

LR Ingnierie :Tl. : 01 30 15 78 03 - Fax : 01 30 15 78 04MCE :Tl. : 05 58 78 44 18 - Fax : 05 58 78 40 63Meiri :Tl. : 01 43 77 93 00 - Fax : 01 43 77 84 60Mesurex :Tl. : 01 30 41 23 62 - Fax : 01 30 41 23 80Newport Omega :Tl. : 01 30 62 14 00 - Fax : 01 30 69 91 20PCB Piezotronics :Tl. : 01 69 33 19 61 - Fax : 01 69 33 19 76Phimesure :Tl. : 04 90 60 22 97 - Fax : 04 90 60 22 95PM Instrumentation :Tl. : 01 39 75 80 40 - Fax : 01 39 75 99 79Sensorex :Tl. : 04 50 95 43 55 - Fax : 04 50 95 43 75Spectral Dynamics :Tl. : 01 46 52 27 80 - Fax : 01 46 52 27 81Systmique Applique** :Tl. : 01 45 26 59 97 - Fax : 01 45 26 56 93Vibro-MeterTl. : 01 43 70 02 02 - Fax : 01 43 70 02 76VibroSystMwww.vibrosystm.com

Principaux fournisseurs

Le montage de lacclromtre doit faire lobjet de toutes les attentions.Pour ne pas fausser les mesures, le capteur doit en effet tre parfai-tement solidaire de la structure tester. En gnral, lacclromtreest coll ou viss. Tout dpend de lapplication, et notamment desconditions environnementales dans lesquelles se fait la mesure.

Bre

l & K

jaer