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La pression acoustique et l’intensimétrie
Il y a plusieurs approches possibles pour identifier les sources de bruit d’un système mécanique à l’aide de la pression acoustique ou de l’intensimétrie (Bies, 1996, Crocker et lvanov, 1993, Dumbacher, 1995, Tretheway et Christofi, 1987, Ehlbeck et Schrader, 1989, Jiang et Whittlesey, 1989 et Temple, 1997). Les plus fréquemment utilisées sont:
Analyse fréquentielle à partir du spectre (Beranek et V er, 1992, Goldman, 1991 et Temple, 1997); Fractionnement du système en plusieurs sources (Crocker et lvanov, 1993); Encoffrement ou camouflage partiel. Voici une brève description de chacune de ces méthodes.
Analyse fréquentielle Si les différentes sources n’ont pas la même signature fréquentielle (fréquence de passage ou d’occurrence de l’événement), comme un système à engrenages par exemple (Beranek et V er, 1992), il est possible de déterminer à l’aide d’un spectre de puissance acoustique la contribution de chacune des sources (Goldman, 1991 et Temple, 1997). Les fréquences correspondant à chacun des éléments du système sont identifiées, il est alors possible de trouver l’ énergie ou la puissance correspondant à chacune des sources.
Fractionnement du système Une autre approche consiste à fractionner les systèmes en sous-ensembles (sources indépendantes) et de les faire fonctionner indépendamment (Crocker et lvanov, 1993). Leur puissance acoustique peut ainsi être mesurée. Il faut cependant que le fractionnement n’altère pas les caractéristiques des sources de bruit.
Encoffrement ou camouflage partiel Il est possible de discrétiser les différentes sources en effectuant du camouflage ou de l’encoffrement partiel . Ce principe, quoique facile à comprendre, est très difficile à mettre en œuvre. Il s’agit de camoufler toutes les sources individuellement et de les « découvrir » une à la fois en mesurant leur puissance acoustique. La qualité des mesures dépend beaucoup de la qualité des encoffrements. Il faut que la différence entre les niveaux de bruit original et entièrement camoufler soit supérieure à 10 dB A (Bi es et Hansen, 1996). Il est même souhaitable d’avoir une différence supérieure à 15 dBA afin de bien caractériser les sources les plus faibles.
Adéquation de la pression acoustique et de l’intensimétrie à une problématique particulière, exemple de la chenille
Ce type de méthode d’identification ne peut être utilisé adéquatement pour identifier les sources de bruit dans un système d’entraînement par chenille. Les limitations spécifiques à ce type de système mécanique sont, en particulier, le nombre de sources probables, leurs similitudes fréquentielles et l’impossibilité de faire du camouflage sans altérer le fonctionnement du système. Les mesures de pression acoustique, pour être efficace, doivent être faites avec une seule source à la fois, ce qui est impossible à réaliser dans ce cas. Par contre ce type de mesure pourrait servir à évaluer la puissance acoustique totale du système d’entraînement par chenille.
L’intensimétrie possède, dans ce cas, les mêmes limitations que les mesures de pression acoustique. Par contre, il serait possible d’évaluer la puissance acoustique du système au complet. Il serait même possible d’identifier les zones où l’énergie acoustique serait la plus concentrée, ce qui ne serait qu’une identification peu précise de la source de bruit.
Méthode inverse
Si les méthodes de pression acoustique ou d’intensimétrie ne peuvent être mises de l’ avant il faut se tourner vers des méthodes de mesure différentes. Il existe des méthodes permettant de quantifier les sources de bruit sans changer le système mécanique. Parmi celles-ci, les plus connues sont l’holographie acoustique et la méthode inverse. Ces méthodes utilisent des vecteurs de microphones appelés antennes acoustiques pour la méthode inverse et plan de mesure pour l’holographie acoustique.
Mentionnons que la plupart de l’information de cette section vient des références suivantes: Dumbacher et Brown (1995, 1997 et 1998).
L’IFRF est l’abréviation anglaise de « Inverse Frequency Response Function ». Cette technique de mesure permet de faire l’analyse des chemins de transfert acoustique, la localisation de sources, la hiérarchisation des sources et de l’imagerie acoustique (Dumbacher et Brown, 1996a et 1996b ). Cette technique nécessite la connaissance des fonctions de réponse en fréquence (FRF) entre les sources suspectées et les microphones composant le vecteur ou l’antenne . Cette méthode est utilisée à la place de l’holographie quand la surface des sources est irrégulière.
Antenne de microphones
Si les conditions d’opérations sont transitoires, alors toutes les données doivent être prises en même temps. Si elles sont stables, il est alors possible de faire plusieurs séries de mesure. Les paramètres physiques de l’antenne sont interreliés et il est parfois nécessaire de faire plusieurs itérations avant d’obtenir la configuration optimale. La fréquence maximale d’intérêt ainsi que la résolution de la surface de la source déterminent l’ espacement des micros. Le nombre de sources non cohérentes détermine le nombre de micros de référence. Il est souvent préférable d’ajouter une référence de plus. Pour éviter la fuite spatiale, c’est-à-dire un niveau de pression acoustique nul sur les bords de l’ antenne et éviter de perdre de l’ énergie en utilisant un fenêtrage spatial, il faut que l’ antenne soit 1 ,5 à 2 fois plus grande que la source. On doit cependant appliquer une fenêtre spatiale à 1 ‘antenne pour forcer une pression nulle sur les bords.
L’espacement des micros doit être égal ou inférieur à la moitié de la longueur d’onde de la fréquence maximale. Il est ainsi possible d’éviter le repliement spatial. L’antenne doit être placée à une distance de la source équivalente à 1 ou 2 fois l’espacement des micros. La fréquence la plus basse est liée à la dimension totale de l’antenne. Toute l’énergie contenue dans les fréquences plus petite que la demi-longueur d’onde de la dimension de l’antenne va être associée à la raie spectrale DC (0 Hz). Si les mesures sont prises sur un sol réfléchissant, l’ antenne doit être à une hauteur correspondant à une demi fois l’espacement des microphones.
Détection de défaut dans les machines tournantes
Les méthodes de détection de défaut dans les machines tournantes servent en grande partie à détecter les défauts dans les roulements à billes. Ces méthodes ont été développées afin d’effectuer de la maintenance préventive, bien avant que la machine ait un bris. Thomas (2003) présente un résumé de des principales méthodes de détection de défaut ainsi que leurs caractéristiques.
La plupart de ces méthodes sont basées sur des outils mathématiques qui calculent différents indices à partir de signaux temporels de vibrations. Ces indices, lorsqu’ils atteignent un certain niveau, permettent de conclure à la présence d’un défaut. Certaines méthodes (Thomas, 2003), comme l’analyse de Cepstrum ou la détection d’enveloppe, peuvent même identifier le défaut. Ces méthodes, pour fonctionner, comparent les niveaux de leurs indices avec ceux obtenus lorsque la machine fonctionne sans défaut. En fait, ces méthodes suivent l’évolution du signal temporel et concluent à la présence d’un défaut lorsque leurs indices dépassent un certain niveau.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LITTÉRATURE
1.1 La pression acoustique et l’ intensimétrie
1.1.1 Pression acoustique
1.1.2 L’intensimétrie
1.1.3 Adéquation de la pression acoustique et de l’ intensimétrie à une problématique particulière, exemple de la chenille
1.2 Méthode inverse
1.2.1 Adéquation de la méthode inverse à une problématique particulière, exemple de la chenille
1.3 L’holographie acoustique
1.3.1 Ondes évanescentes
1.3.2 Mesure en plusieurs séries
1.3.3 Filtre dans le domaine des nombres d’onde
1.3.4 Procédure de mesure
1.3.5 Antenne de microphones
1.3.6 Mesures25
1.3.7 Adéquation de la NAH à une problématique particulière, exemple de la chenille 26
1.4 La cohérence partielle
1.4.1 Adéquation de la cohérence partielle à une problématique particulière, exemple de la chenille
1.5 Détection de défaut dans les machines tournantes
1.5.1 Adéquation des méthodes de détection de défaut dans les machines tournantes à une problématique particulière, exemple de la chenille
1.6 Conclusions de la revue de la littérature
CHAPITRE 2 VALIDATION DE L’IFRF À L’AIDE DE SOURCES MONOPOLAIRES
2.1 Analyses préliminaires
2.2 Erreur sur l’emplacement des microphones
2.3 Sources non modélisées
2.4 Adéquation de l ‘IFRF
CHAPITRE3 MÉTHODOLOGIE PROPOSÉE POUR LA TECHNIQUE DE RECONNAISSANCE
3.1 Description de la méthodologie
3.1.1 Caractérisation du système
3.1.2 Caractérisation des sources probables
3.1.3 Reconnaissance des sources
3.1.4 Mise en garde
3.2 Exemple du processus d’application de la méthodologie proposée dans le cas d’un système d’entraînement par chenille
3.2.1 Caractérisation du système d’entraînement par chenille
3.2.2 Caractérisation d’une source probable
3.2.3 Reconnaissance du signal du barbotin dans le signal global
3.3 Outils nécessaires à chaque étape de la méthodologie
3.3.1 Caractérisation du système
3.3.2 Caractérisation des sources probables
3.3.3 Reconnaissance
3.3.3.1 Corrélation
3.3.3.2 Distribution temps-fréquence
3.3.3.3 Ondelettes
3.3.3.4 Filtrage des signaux temporels
CHAPITRE4 VALIDATION DE LA RECONNAISSANCE À L’AIDE DE SIGNAUX SIMULÉS
4.1 Signaux simulés utilisés pour l’évaluation des méthodes de reconnaissance
4.2 Validation à l’aide de signaux simulés
4.2.1 Méthodes de reconnaissance
4.2.2 Validation
4.2.2.1 Etape 1 : source unique
4.2.2.2 Étape 2 : multi sources
4.2.2.3 Étape 3 : multi sources, multi fréquences
4.2.2.4 Étape 4: multi sources, impacts simultanés
4.2.2.5 Étape 5 : impacts plus rapides
4.2.2.6 Étape 6 : 5 sources, 5 fréquences, avec bruit aléatoire en plus
4.2.2.7 Étape 7: 5 sources, 5 fréquences, amplitude du signal de référence divisée par 2, avec bruit aléatoire
4.2.2.8 Étape 8 : 4 sources, 5 fréquences, avec bruit aléatoire, sans la source référence
4.2.3 Conclusion globale
CHAPITRE 5 VALIDATION EXPÉRIMENTALE À L’AIDE D’UN BANC D’ESSAI GÉNÉRANT DES IMPACTS MÉCANIQUES RÉPÉTITIFS
5.1 Description du banc d’essai
5.2 Description et caractérisation des signaux
5.3 Validation des méthodes de reconnaissance
5.3.1 Signal avec la source de référence seule
5.3.2 Signal avec la source de référence et la source 2, impacts non simultanées
5.3.3 Signal avec la source de référence et les sources 2, 3 et 4, impacts non simultanés
5.3.4 Signal avec la source de référence et la source 2, impacts simultanés
5.3.5 Signal avec la source de référence et les sources 2, 3 et 4, impacts simultanés
5.3.6 Signal avec les sources 2, 3 et 4, impacts simultanés
5.4 Conclusion
CHAPITRE 6 VALIDATION EXPÉRIMENTALE À L’AIDE D’UN SYSTÈME MÉCANIQUE D’ENTRAÎNEMENT PAR CHAÎNE
6.1 Définition du système mécanique
6.2 Caractérisation de la source à reconnaître
6.3 Reconnaissance
6.3.1 Prise de mesure
6.3.2 Définition du signal de référence
6.3.3 Application du filtrage des signaux temporels
6.4 Conclusion sur l’ application de la méthode à un système mécanique
CONCLUSIONS ET RECOMMENDATIONS
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