La forme d'onde temporelle : le fondement de l'analyse vibratoire

Définition : Qu'est-ce qu'une forme d'onde temporelle ?

Le forme d'onde temporelle (également appelé signal temporel) est le signal brut, non traité, d'un capteur de vibrations, tel qu'un accéléromètre ou une sonde de proximité. Il s'agit d'un graphique qui représente l'amplitude instantanée de la vibration sur l'axe vertical (Y) en fonction du temps sur l'axe horizontal (X). Il s'agit d'une représentation directe du mouvement de va-et-vient physique de la machine à l'emplacement du capteur sur une courte période.

Le rôle de la forme d'onde temporelle dans le diagnostic

Tandis que le spectre de fréquence (FFT) Bien que la forme d'onde temporelle soit l'outil principal pour diagnostiquer la plupart des défauts des machines en régime permanent, elle est indispensable et complémentaire. La FFT calcule le contenu fréquentiel moyenné sur la durée de l'échantillon. Ce faisant, elle peut parfois masquer des événements de courte durée, transitoires ou non périodiques. La forme d'onde temporelle, en revanche, montre précisément ce qui s'est passé à chaque instant, ce qui la rend plus performante pour l'analyse :

• Événements impulsifs : Il montre clairement les impacts violents, qui sont souvent le premier signe de défauts de roulement ou d'engrenage.
• Modulation et battements : Le modèle classique de montée et de descente battement est plus clairement visible dans la forme d'onde temporelle.
• Événements transitoires : Il peut capturer des événements aléatoires et ponctuels qui seraient moyennés dans une FFT.
• Écrêtage du signal : Il indique immédiatement si le signal du capteur a dépassé la plage d'entrée de l'analyseur, ce qui invaliderait la FFT.
• Frottements : Les signaux aigus et déformés provenant du frottement d'un rotor sont souvent plus évidents dans la forme d'onde.

Un analyste qualifié examine toujours à la fois le spectre et la forme d'onde temporelle pour obtenir une image complète de l'état de santé de la machine.

Comment analyser une forme d'onde temporelle

L’analyse d’une forme d’onde temporelle implique l’examen de sa forme et de ses caractéristiques clés.

1. Amplitude maximale

L'amplitude maximale (crête) de la forme d'onde est une mesure directe de la force ou de la contrainte maximale d'un événement. Une amplitude de crête élevée dans un signal par ailleurs de faible énergie est un indicateur fiable d'impacts.

2. Forme générale

Une machine en bon état et bien équilibrée présente souvent une forme d'onde sinusoïdale nette à la fréquence de fonctionnement. Des distorsions de cette forme indiquent la présence d'autres fréquences ou forces. Une apparence « aplatie » ou « écrêtée », par exemple, est un signe classique de desserrage mécanique, où le mouvement du composant est limité.

3. Motifs répétitifs et périodicité

En plaçant des curseurs sur le graphique, un analyste peut mesurer le temps entre les événements répétitifs.

• La mesure du temps entre les pics majeurs donne la période de la vibration fondamentale, qui peut être inversée pour trouver sa fréquence (Fréquence = 1 / Période).
• La recherche d’impacts plus petits et répétitifs « chevauchant » la forme d’onde principale peut aider à identifier la fréquence précise des défauts de roulement ou d’engrenage.

4. Paramètres statistiques

Les valeurs statistiques calculées à partir de la forme d’onde temporelle sont de puissants indicateurs de diagnostic :

• RMS (racine moyenne quadratique): Mesure le contenu énergétique global du signal.
• Facteur de crête : Rapport entre l'amplitude de crête et la valeur efficace. Un facteur de crête élevé (>>3) indique la présence d'un fort impact.
• Kurtosis: Mesure de la « pointe » du signal. Une valeur d'aplatissement élevée est très sensible aux défauts de palier précoces.

Forme d'onde vs spectre : un partenariat

La forme d'onde temporelle et le spectre de fréquence sont deux vues différentes des mêmes données, et elles fonctionnent mieux ensemble :

• Le spectre excelle dans la séparation de fréquences multiples, rapprochées et stables.
• Le forme d'onde excelle à montrer la véritable amplitude des impacts et la nature des événements non stationnaires.

Par exemple, le spectre peut montrer un niveau de bruit élevé, mais la forme d'onde révélera que la cause est une série d'impacts répétitifs de faible amplitude provenant d'un défaut de roulement en développement.

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