Lors de la sélection des accéléromètres, les spécialistes des vibrations doivent prendre en compte trois domaines principaux : la plage d'amplitude, la plage de fréquence et les considérations environnementales.
Plage d'amplitude
Les accéléromètres utilisés dans les applications de maintenance prédictive sont des capteurs ICP® à amplification interne. Ces capteurs sont alimentés par un courant continu constant. La tension d'alimentation est régulée entre 18 et 28 volts DC et le courant est limité, via une diode à courant constant, entre 2 et 20 mA. Le signal de sortie des capteurs ICP® est un signal alternatif polarisé en courant continu. Le signal de vibration, typiquement 100 mV/g AC, est superposé à la polarisation DC. Cette polarisation CC est normalement bloquée par un condensateur de découplage afin que l'équipement de lecture puisse être couplé au courant alternatif. Si un niveau de polarisation normal de 12 VDC est utilisé avec une alimentation de 18 volts DC et que le signal de l'accéléromètre est de 100 mV/g, le signal maximum mesurable serait de 50 g ou 5VAC. Ce niveau maximum peut être augmenté en augmentant le niveau de tension d'alimentation ou en diminuant la sensibilité de l'accéléromètre. En utilisant un accéléromètre de 10 mV/g avec la même sortie maximale de 5VAC, la limite de vibration passe à 500 g.
L'autre critère à prendre en compte lors de l'examen de la gamme d'amplitude est le niveau de vibration mesurable le plus bas. Il s'agit soit du plancher de bruit, soit de la résolution du capteur. La résolution du capteur est déterminée par deux facteurs : le bruit électrique de l'amplificateur interne et le gain mécanique du système masse/piézoélectrique. Plus la masse sismique est importante, plus la sortie du capteur avant amplification est élevée. Ce gain mécanique élevé améliore les mesures à faible niveau en produisant des signaux électriques substantiels sans utiliser le gain de l'amplificateur. Les éléments de détection en céramique offrent généralement un meilleur rapport signal/bruit, ce qui permet de mesurer de faibles niveaux de vibration sans que le bruit électrique ne vienne perturber l'analyse.
Réponse en fréquence
La réponse en fréquence d'un accéléromètre ICP® à amplification interne est décrite comme la plage de fréquences sur laquelle le capteur fournit une réponse linéaire. L'extrémité supérieure de la réponse en fréquence est régie par la rigidité mécanique et la taille de la masse sismique dans l'élément de détection, tandis que la plage des basses fréquences est contrôlée par le roll-off de l'amplificateur et la constante de temps de décharge. La figure 4 montre une réponse en fréquence typique.
Réponse en fréquence de l'extrémité supérieure
La réponse en fréquence de l'extrémité supérieure est déterminée par la formule w=Ök/m, où w est la fréquence de résonance (2pf), k la rigidité de la structure de détection et m la taille de la masse sismique. Pour une rigidité donnée, un capteur doté d'une grande masse sismique aura une faible résonance. Une grande masse sismique produira également un gain mécanique plus élevé, ce qui se traduira par un accéléromètre moins bruyant et plus sensible. Une masse sismique plus petite produira moins de signal mais donnera un capteur avec une fréquence de résonance plus élevée. Le signal de sortie peut être faible avec une masse sismique plus petite, mais la gamme de fréquences sera plus large, ce qui permettra d'effectuer des mesures à des fréquences plus élevées.
La rigidité, deuxième variable de l'équation w=Ök/m, dépend de la structure du capteur. Les conceptions flexibles, comme indiqué précédemment, offrent un gain mécanique significatif, mais la rigidité est très faible. Les modèles flexibles ont généralement un rendement élevé, une faible résonance et une résistance limitée aux chocs. Les accéléromètres à compression, en raison de la vis de compression de précharge, présentent une plus grande rigidité que les unités flexibles et ont donc une résonance plus élevée et une gamme de fréquences plus large. Comme indiqué précédemment, d'autres facteurs environnementaux tels que la déformation de la base et les transitoires thermiques peuvent limiter leur utilisation. Les capteurs en mode cisaillement, lorsqu'ils sont fixés mécaniquement, présentent une rigidité élevée et donc une résonance élevée. L'insensibilité aux facteurs environnementaux de déformation et aux variations thermiques place la conception en mode cisaillement en tête de liste.
Réponse en fréquence dans le bas de l'échelle
Le bas de gamme est régi électriquement par un circuit capacitif résistif qui détermine la constante de temps de décharge (t=R*C). Plus la DTC est élevée, plus la décharge du signal est lente et donc meilleure est la réponse en fréquence du bas de gamme (voir tableau 1). La CPT peut être comparée à un entonnoir. Plus l'ouverture au fond de l'entonnoir est petite (ou plus la constante de temps est élevée), moins l'eau (le signal) s'écoule. Un capteur avec une constante de temps plus élevée signifie une meilleure réponse aux basses fréquences. Une application à basse fréquence sera souvent ingérable sans un capteur ayant le DTC adéquat. Cependant, le CPT ne détermine pas seulement la réponse à la fréquence basse, mais il est également un facteur majeur dans la détermination du temps d'établissement. Plus le CPT est élevé, plus le temps de stabilisation est long. (Remarque : une règle empirique prudente à suivre est qu'un temps de stabilisation de 10 fois la constante de temps de décharge permet au signal de décroître jusqu'à 1 % de la polarisation de sortie). Un temps de stabilisation de quelques secondes ou plus peut sembler insignifiant à quelqu'un qui travaille en laboratoire avec un ou deux points, mais une personne qui prend des données point par point sur le terrain pensera certainement le contraire. Par conséquent, il faut souvent faire un compromis entre la réponse à basse fréquence et le temps de stabilisation.