Comprendre la démodulation (analyse d'enveloppe)

Définition : Qu'est-ce que la démodulation ?

Dans le contexte de l'analyse des vibrations, démodulation est une puissante technique de traitement du signal utilisée pour détecter les impacts répétitifs à basse fréquence, « cachés » dans le signal vibratoire à haute fréquence d'une machine. C'est le processus fondamental du terme plus connu, Analyse de l'enveloppeLes deux termes sont souvent utilisés de manière interchangeable.

Cette technique consiste à isoler une bande de vibration haute fréquence, qui agit comme un signal porteur, puis à extraire l'enveloppe de ce signal. Cette enveloppe révèle les schémas basse fréquence sous-jacents des impacts répétés, tels que ceux générés par des défauts microscopiques dans les roulements ou les engrenages.

Le processus de démodulation

La démodulation implique un processus en trois étapes :

1. Filtrage passe-bande : Tout d'abord, le signal vibratoire brut passe par un filtre passe-bande haute fréquence. Ce filtre élimine les fortes vibrations basses fréquences (comme le balourd et le désalignement) et se concentre uniquement sur une zone de haute fréquence où les ondes de contrainte dues aux impacts des roulements ou des engrenages provoquent des résonances structurelles.
2. Rectification: Le signal haute fréquence filtré est ensuite redressé. Ce processus inverse la partie négative de la forme d'onde en partie positive, créant ainsi un signal représentant l'amplitude absolue.
3. Filtrage passe-bas (enveloppant) : Enfin, ce signal redressé passe par un filtre passe-bas. Ce filtre lisse le signal porteur résonant haute fréquence, ne laissant derrière lui que l'enveloppe basse fréquence qui trace les crêtes du signal redressé. Ce signal d'enveloppe représente directement le taux de répétition des impacts sous-jacents.

Une FFT est ensuite effectuée sur ce signal d'enveloppe final. Le spectre obtenu, appelé spectre d'enveloppe ou spectre démodulé, présente des pics nets aux fréquences de défaut exactes des composants du roulement ou de l'engrenage.

Pourquoi la démodulation est-elle si efficace ?

La démodulation est l’une des techniques les plus importantes pour la détection précoce des défauts en raison de la manière dont elle gère les signaux d’impact.

• Alerte précoce : Lorsqu'une minuscule écaillage sur une bague de roulement est heurté par un élément roulant, il se produit un impact faible et de faible énergie. Cet impact provoque une brève vibration à haute fréquence, la structure de la machine résonnant à ses fréquences naturelles.
• Séparer le signal du bruit : Dans un spectre FFT normal, la petite quantité d’énergie provenant de ces impacts précoces est complètement enfouie par l’énergie massive des vibrations à basse fréquence comme déséquilibrer.
• Se concentrer sur le taux de répétition : La démodulation ignore les puissants signaux basse fréquence. Elle se concentre sur les oscillations haute fréquence et, surtout, sur leur fréquence de répétition. C'est cette fréquence qui correspond directement aux fréquences de défaut des roulements ou des engrenages (par exemple, BPFO, BPFI, BSF, GMF).

Applications

Les principales applications de la démodulation sont :

• Analyse des roulements à éléments roulants : Il s’agit de la méthode définitive pour détecter et diagnostiquer les défauts des roulements à billes et à rouleaux, fournissant souvent un avertissement des mois avant que le défaut ne devienne critique.
• Analyse de la boîte de vitesses : Il est très efficace pour détecter des problèmes tels que des dents d'engrenage fissurées ou cassées, qui génèrent un signal d'impact clair à 1 fois la vitesse de rotation de l'engrenage dans le spectre démodulé.
• Autres événements impactants : Il peut également être utilisé pour détecter d'autres phénomènes d'impact répétitifs, tels que l'ouverture et la fermeture des purgeurs de vapeur ou les problèmes de calage des soupapes des moteurs alternatifs.

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