Analyse d'enveloppe (démodulation) pour la détection précoce des défauts

Définition : Qu'est-ce que l'analyse d'enveloppe ?

Analyse de l'enveloppeégalement connu sous le nom de démodulation L'enveloppement haute fréquence (ou « enveloping haute fréquence ») est une puissante technique de traitement du signal utilisée en analyse vibratoire pour détecter les défauts précoces dans les roulements et les réducteurs. Ces types de défauts, tels que les fissures ou les écaillages microscopiques, génèrent une série d'ondes de contrainte haute fréquence et basse énergie, ou « impacts », à chaque passage d'un élément roulant sur le défaut. L'analyse d'enveloppe permet d'extraire ces signaux d'impact répétitifs du bruit de fond vibratoire général de la machine.

Pourquoi la FFT standard n’est-elle pas suffisante ?

L'énergie de ces minuscules impacts initiaux est souvent trop faible et à une fréquence trop élevée pour être détectée dans un spectre vibratoire standard (FFT). Le signal est souvent noyé dans le bruit de fond ou masqué par des vibrations plus importantes et de plus basse fréquence, provenant de sources telles qu'un déséquilibre ou un désalignement. Les impacts agissent comme un modulateur des fréquences de résonance naturelles de la machine. L'analyse d'enveloppe est conçue pour démoduler ce signal et révéler les fréquences de défaut sous-jacentes.

Le processus d'analyse de l'enveloppe

Cette technique consiste à isoler les signaux haute fréquence, puis à examiner leur fréquence de répétition. Le processus comprend plusieurs étapes :

1. Filtrage passe-bande : Le signal vibratoire brut passe d'abord par un filtre passe-haut ou passe-bande. Ce filtre supprime toutes les vibrations basses fréquences fortes (par exemple, inférieures à 1 kHz ou 5 kHz) et isole les oscillations haute fréquence et les ondes de contrainte associées aux impacts.
2. Rectification: Le signal haute fréquence filtré est ensuite redressé, ce qui inverse la partie négative du signal en positive. Cela prépare le signal à l'enveloppement.
3. Enveloppe (filtrage passe-bas) : Un filtre passe-bas est appliqué au signal redressé. Il lisse le signal porteur haute fréquence, ne laissant derrière lui que l'« enveloppe », une forme d'onde représentant le motif de modulation d'amplitude, c'est-à-dire la fréquence de répétition des impacts d'origine.
4. FFT de l'enveloppe : Enfin, une transformée de Fourier rapide (FFT) est appliquée à ce nouveau signal d'enveloppe. Le spectre d'enveloppe obtenu montre clairement la fréquence des impacts répétitifs.

Diagnostic des défauts avec le spectre d'enveloppe

Les pics du spectre d'enveloppe correspondent au roulement calculé fréquences de défautEn comparant les pics du spectre à ces fréquences connues, un analyste peut déterminer l'emplacement exact du défaut :

• BPFO (fréquence de passage de balle, course extérieure) : Indique un défaut sur la bague extérieure fixe du roulement.
• BPFI (fréquence de passage de bille, chemin de roulement intérieur) : Indique un défaut sur la bague intérieure rotative. Ce pic présente souvent des bandes latérales à 1x tr/min, car le défaut se déplace dans et hors de la zone de charge.
• BSF (fréquence de rotation de la balle) : Indique un défaut sur l'un des éléments roulants (les billes ou les rouleaux).
• FTF (Fréquence du train fondamental) : La fréquence la plus lente, indiquant un défaut de la cage de roulement qui maintient les rouleaux en place.

De même, pour les boîtes de vitesses, le spectre d'enveloppe peut révéler des pics à la vitesse de fonctionnement d'un engrenage qui a une dent fissurée ou cassée, indiquant un impact répétitif une fois par tour.

Le pouvoir de la détection précoce

Le principal avantage de l'analyse d'enveloppe réside dans sa sensibilité. Elle permet de détecter les défauts de roulements et d'engrenages des mois, voire un an, avant qu'ils n'apparaissent sur un spectre de vitesse standard ou ne génèrent suffisamment de chaleur pour être visualisés par thermographie infrarouge. Cette alerte précoce précieuse permet de planifier et de programmer la maintenance avec un minimum de perturbations, évitant ainsi les pannes catastrophiques et les dommages secondaires.

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