Capteur vibration : surveillance et maintenance industrielle

Les capteurs de vibration, aussi appelés capteurs piézoélectriques ou accéléromètres, sont essentiels pour la surveillance et la maintenance industrielle. Ils détectent les vibrations ou oscillations et les transforment en signaux électriques proportionnels. La fonction du capteur inclut également la mesure du capteur et la conversion des données pour faciliter l'analyse des vibrations.

Ces capteurs jouent un rôle clé pour surveiller l'état des machines, prévenir les pannes et garantir une production optimale. Par exemple, un capteur de vibration industriel ou un module compact intégré peut fournir des données précises pour la protection et la maintenance conditionnelle des équipements dans des secteurs comme l'automobile, l'aérospatiale, l'énergie, l'industrie alimentaire et le pétrole.

Grâce à ces informations, les équipes de maintenance peuvent prendre des décisions éclairées, planifier des interventions préventives et réduire les coûts de réparation ainsi que les arrêts imprévus.

 

Quels sont les types de capteurs de vibration ?

Les capteurs de vibration se déclinent en plusieurs types et utilisent diverses technologies pour répondre aux besoins spécifiques de la surveillance et la maintenance industrielle. Découvrez ci-dessous une présentation détaillée des principaux types de capteurs de vibration.

Capteurs piézoélectriques

Les capteurs piézoélectriques, souvent intégrés dans les accéléromètres, exploitent l'effet piézoélectrique pour convertir les vibrations mécaniques en signaux électriques. Ces capteurs se distinguent par leur fiabilité et leur robustesse, ce qui les rend parfaits pour les environnements industriels exigeants. Lorsqu'un capteur de vibration moteur est utilisé, il contribue directement à la surveillance de la performance moteur.

Grâce à leur large gamme de fréquences de mesure et leur grande sensibilité, ils sont idéaux pour détecter des problèmes tels que les déséquilibres, les défauts de roulement et les désalignements dans les machines.

Accéléromètres

Les accéléromètres sont une catégorie spécifique de capteurs piézoélectriques, conçus pour mesurer directement l'accélération des vibrations. Ils existent en plusieurs configurations, notamment uniaxiaux, biaxiaux et triaxiaux, permettant de capturer les vibrations dans différentes directions.

Ces capteurs sont appréciés pour leur grande gamme dynamique et leur étendue de fréquences, ce qui en fait des outils indispensables pour la surveillance générale des machines et la détection d'amplitudes vibratoires élevées.

Capteurs MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)

Les capteurs MEMS sont des dispositifs miniaturisés qui combinent technologies de micro-électronique et de micro-mécanique. Leur compacité et leur faible consommation d'énergie en font des solutions idéales pour les applications où l'espace et l'efficacité énergétique sont des contraintes majeures. Ces capteurs de vibrations compactes trouvent une large utilisation, notamment lorsqu'une mesure du capteur est essentielle dans des espaces réduits.

Ils sont souvent intégrés dans des systèmes de surveillance avancés et peuvent fournir des sorties analogiques ou numériques, offrant ainsi une flexibilité dans leur utilisation.

Capteurs à sortie analogique ou numérique

Les capteurs de vibration peuvent transmettre des données sous forme analogique ou numérique. Les capteurs à sortie analogique, comme les transmetteurs de vibration à 4-20 mA, sont couramment utilisés pour intégrer les données de vibration dans des systèmes de contrôle et de surveillance existants.

Quant aux capteurs à sortie numérique, ils offrent une précision et une flexibilité accrues, permettant une analyse approfondie des données vibratoires et une intégration aisée dans les systèmes modernes de surveillance.

Le choix du type de capteur dépend des besoins spécifiques de l'application industrielle. Par exemple, les accéléromètres piézoélectriques sont privilégiés pour la surveillance générale des machines, tandis que les capteurs MEMS conviennent mieux aux applications nécessitant une miniaturisation et une faible consommation d'énergie. Enfin, les capteurs à sortie analogique ou numérique sont sélectionnés en fonction des exigences du système de surveillance et des besoins en matière de précision et de flexibilité.

 

Comment fonctionne un capteur de vibration ?

Les capteurs de vibration convertissent les mouvements vibratoires en signaux électriques, permettant ainsi de surveiller et d'analyser l'état des machines et des structures. Découvrez leur fonctionnement et les principaux paramètres qu'ils mesurent.

Principe de détection des vibrations

Les capteurs de vibration reposent sur différents principes physiques pour détecter les vibrations. Le plus courant est l'effet piézoélectrique : certains matériaux, comme les cristaux piézoélectriques, produisent une charge électrique lorsqu'ils subissent une déformation mécanique. Par exemple, dans les accéléromètres, une masse sismique interne est soumise à l'accélération de la structure en vibration, générant une force proportionnelle sur le matériau piézoélectrique. Cela produit une charge électrique directement liée à l'accélération.

Paramètres mesurés

Les capteurs de vibration évaluent plusieurs paramètres essentiels pour analyser les vibrations d'une machine ou d'une structure :

• Accélération
  L'accélération représente la variation de la vitesse de la vibration par unité de temps. Les accéléromètres, les capteurs de vibration les plus courants, mesurent directement cette accélération.
  Elle est exprimée en unités telles que les m/s² ou les g (où 1 g = 9,81 m/s²).
• Vitesse
  La vitesse de vibration correspond à la dérivée du déplacement par rapport au temps. Les capteurs de vitesse, souvent intégrés aux accéléromètres, génèrent un signal électrique proportionnel à la vitesse de la vibration absolue mesurée.
  Cette vitesse est exprimée en unités comme les mm/s ou les m/s.
• Déplacement
  Le déplacement représente la distance parcourue par un point de la structure en vibration par rapport à sa position d'équilibre. Les capteurs de déplacement, tels que les capteurs non-contact, mesurent le déplacement relatif d'un arbre ou d'un rotor.
  Cette mesure est exprimée en unités comme les micromètres ou les millimètres.

Unités utilisées

Les unités de mesure des vibrations varient selon le paramètre étudié :

• Pour l'accélération : m/s² ou g.
• Pour la vitesse : mm/s ou m/s.
• Pour le déplacement : micromètres ou millimètres.

Ces unités sont essentielles pour interpréter correctement les données vibratoires et prendre des décisions éclairées en matière de maintenance. Ces mesures, couplées à la fonction du capteur, permettent d'assurer qu'une vibration sert à contrôler les performances des machines tout en guidant une utilisation proactive.

Diagnostic vibratoire

Les données collectées par les capteurs de vibration sont utilisées dans le diagnostic vibratoire, une technique clé de maintenance préventive. Cette méthode consiste à analyser les signatures vibratoires pour identifier les anomalies et prédire les pannes potentielles des machines.

Elle permet de détecter des problèmes tels que des déséquilibres, des défauts de roulement, des désalignements et autres défauts mécaniques, facilitant ainsi une intervention avant que des dommages majeurs ne surviennent.

 

Quelle est l’utilisation des capteurs de vibration ?

Les capteurs de vibration jouent un rôle essentiel dans de nombreuses applications industrielles. Ils permettent de surveiller et de maintenir les équipements en bon état, garantissant ainsi une production efficace tout en évitant les pannes imprévues. Voici quelques-unes des principales utilisations des capteurs de vibration dans l'industrie.

Surveillance des moteurs et machines tournantes

Les capteurs de vibration sont couramment utilisés pour surveiller des équipements rotatifs tels que les moteurs, les pompes, les compresseurs, les boîtes de vitesses et les turbines à gaz. Un capteur de vibration moteur, par exemple, joue un rôle fondamental pour détecter des anomalies comme des déséquilibres ou des mauvais alignements, garantissant ainsi une utilisation optimale de la maintenance conditionnelle.

Détection des déséquilibres mécaniques

Une des principales applications des capteurs de vibration est la détection des déséquilibres mécaniques. Des vibrations inhabituelles peuvent signaler des problèmes tels que des pièces mal fixées, des arbres de transmission mal alignés ou des composants usés. En identifiant ces problèmes dès leur apparition, les équipes de maintenance peuvent intervenir rapidement pour les corriger et éviter des pannes soudaines.

Prévention des arrêts de production imprévus

Les arrêts de production imprévus peuvent engendrer des coûts considérables pour les entreprises. Les capteurs de vibration contribuent à prévenir ces arrêts en détectant les problèmes potentiels avant qu'ils ne causent des pannes.

Grâce à des alertes en temps réel lorsque les niveaux de vibration dépassent les seuils normaux, les équipes de maintenance peuvent intervenir immédiatement pour assurer la continuité de la production.

Maintenance préventive conditionnelle

La surveillance vibratoire joue un rôle essentiel dans la maintenance préventive conditionnelle. En intégrant les données issues des capteurs de vibration aux stratégies de maintenance, les industries peuvent adopter une approche proactive et efficace pour préserver la performance des équipements. La mesure du capteur et l'analyse des données permettent une surveillance précise et cohérente des vibrations des machines industrielles.

Cette méthode permet de réduire les coûts de maintenance, d'augmenter la disponibilité des machines et de prolonger leur durée de vie.

En résumé, les capteurs de vibration sont des outils incontournables pour garantir le bon fonctionnement et la durabilité des équipements industriels. Un détecteur de vibrations peut être utilisé pour offrir une surveillance continue, détecter les anomalies de manière précoce et faciliter une protection proactive. Ces capteurs intégrés permettent également une utilisation optimale qui réduit les coûts et améliore la fiabilité des opérations.

 

Comment installer un capteur de vibration ?

L'installation d'un capteur de vibration est une étape essentielle pour garantir des mesures précises et fiables. Voici un guide détaillé pour choisir l'emplacement optimal, fixer le capteur, le raccorder aux systèmes de surveillance, et effectuer la calibration ainsi que les réglages initiaux.

Choix de l’emplacement optimal

Le choix de l'emplacement du capteur de vibration est important pour obtenir des données exactes. Il est recommandé de positionner le capteur au plus près de la source de vibration, souvent près des roulements ou des points de rotation des machines. Par exemple, pour les moteurs, il est conseillé de placer le capteur près des roulements ou entre les ailettes du moteur.

Fixation (collage, vissage, montage magnétique)

Il existe plusieurs méthodes de fixation pour les capteurs de vibration, chacune ayant ses avantages spécifiques et ses exigences techniques.

• Collage

Le collage, utilisant des adhésifs comme l'époxy ou des bandes adhésives thermiquement conductrices, est une méthode courante. Il est impératif de s'assurer que la surface de montage est propre et exempte de résidus pour une adhérence optimale. Une surface lisse et plane est nécessaire pour éviter toute déformation ou mouvement du capteur.

• Vissage

Le vissage est une méthode robuste et précise. Cette technique consiste à percer un trou dans la surface de montage, le tarauder, puis visser le support du capteur. Il est essentiel de respecter les spécifications du fabricant concernant la force de serrage et de garantir que la surface est propre et bien préparée.

• Montage magnétique

Le montage magnétique est idéal pour les surfaces métalliques et offre une grande flexibilité pour repositionner le capteur à l'avenir. Il est important de choisir un support magnétique adapté à la courbure de la surface et de vérifier que le capteur est solidement fixé pour éviter tout mouvement.

Raccordement aux systèmes de surveillance

Une fois le capteur fixé, il doit être raccordé aux systèmes de surveillance. Cela inclut la connexion à un système de conditionnement de signal, à un convertisseur analogique-numérique, ou directement à un système de surveillance en ligne. Veillez à ce que les câbles soient correctement fixés et ne subissent pas de contraintes mécaniques pouvant altérer les mesures.

Calibration et réglages initiaux

Après l'installation, la calibration du capteur et les réglages initiaux sont indispensables. Cela inclut :

• La définition des seuils de vibration,
• La configuration des techniques de signalisation différentielles pour distinguer les niveaux normaux et anormaux de vibration,
• La vérification de la reproductibilité et de la précision des mesures.

Rôle de l’IO-Link pour la transmission des données vibratoires

L'IO-Link est une technologie de communication industrielle conçue pour transmettre efficacement les données vibratoires des capteurs vers des systèmes de surveillance et de contrôle, via des maîtres IO-Link et modules IO-Link. Grâce à sa capacité de transmission bidirectionnelle, elle facilite non seulement la configuration, mais également la calibration des capteurs de vibration directement depuis le système de surveillance. De plus, l’intégration d’un capteur de température au système peut enrichir la collecte de données pour une protection avancée des machines.

 

Quels sont les avantages des capteurs de vibration ?

Les capteurs de vibration présentent de nombreux avantages essentiels dans le domaine industriel, contribuant à améliorer l'efficacité, la sécurité et la rentabilité des opérations. 

Surveillance continue et en temps réel

Les capteurs de vibration permettent une surveillance continue et en temps réel des machines et équipements. Grâce à cette technologie, les anomalies et défauts sont détectés immédiatement, facilitant ainsi une maintenance proactive et réduisant les risques de pannes soudaines. Les données en temps réel fournies par ces capteurs permettent aux équipes de maintenance d'agir rapidement et de prendre des décisions éclairées.

Détection précoce des défauts mécaniques

La détection précoce des défauts mécaniques constitue un avantage majeur des capteurs de vibration. En analysant les vibrations, ces dispositifs peuvent identifier des problèmes tels que les déséquilibres, les désalignements, l'usure des roulements ou encore les défauts structurels avant qu’ils ne causent des dommages importants. Cette capacité à intervenir à un stade précoce permet d'éviter les arrêts de production imprévus et les coûts qui en découlent.

Amélioration de la durée de vie des équipements

En résolvant les problèmes dès leur apparition, les capteurs de vibration contribuent à prolonger la durée de vie des équipements. La maintenance prédictive et conditionnelle, rendue possible grâce à ces capteurs, optimise les performances des machines tout en réduisant les coûts de réparation et de remplacement.

Optimisation des coûts de maintenance

Les capteurs de vibration permettent d'optimiser les coûts de maintenance en réduisant les temps d'arrêt non planifiés et en limitant les coûts d'intervention. En adoptant une maintenance basée sur l'état des équipements plutôt que sur des calendriers fixes, les entreprises peuvent gérer leurs ressources de manière plus efficace et réduire leurs dépenses globales de maintenance.

Surveillance conditionnelle

Dans le cadre de l'automatisation industrielle, les capteurs de vibration sont souvent intégrés aux actionneurs pour créer des systèmes de surveillance et de contrôle conditionnels. Cette combinaison permet de réagir automatiquement aux anomalies détectées, améliorant ainsi la fiabilité et l'efficacité des processus industriels. Les capteurs et actionneurs jouent un rôle clé dans la mise en œuvre de stratégies de maintenance prédictive et conditionnelle, en alignant les actions de maintenance sur les besoins réels des équipements.

 

Comment mesurer les vibrations avec un capteur ?

La mesure des vibrations avec un capteur implique plusieurs étapes clés pour garantir la précision et l’efficacité des données collectées. Voici une explication détaillée des méthodologies de mesure et de l’interprétation des signaux de sortie.

Interprétation des signaux de sortie

Lorsque les capteurs de vibration détectent des mouvements vibratoires, ils génèrent des signaux électriques qui doivent être interprétés pour comprendre les caractéristiques des vibrations. Ces signaux peuvent être sous forme de déplacement, de vitesse ou d’accélération, selon le type de capteur utilisé. Par exemple, les accéléromètres piézoélectriques produisent des signaux proportionnels à l’accélération des vibrations, tandis que les vibromètres laser Doppler utilisent l’effet Doppler pour mesurer les déplacements et les vitesses.

Analyse des seuils critiques

Une fois les signaux de sortie collectés, il est essentiel de définir et d'analyser les seuils critiques pour détecter les anomalies. Ces seuils sont généralement établis en fonction des spécifications du fabricant et des normes industrielles. L’analyse des seuils implique de comparer les données mesurées aux valeurs de référence pour identifier les déviations significatives pouvant indiquer des problèmes mécaniques tels que des déséquilibres, des défauts de roulement ou des désalignements.

Exploitation des données pour la maintenance conditionnelle

Les données vibratoires collectées sont exploitées pour mettre en place une maintenance conditionnelle. Cette approche consiste à analyser les données en temps réel afin de prédire les pannes potentielles et planifier les interventions de maintenance. La transformation de Fourier rapide (FFT) est souvent utilisée pour décomposer les signaux du domaine temporel en leurs composantes de fréquence, permettant ainsi une analyse détaillée des fréquences et des amplitudes des vibrations.

Ces données vibratoires sont également utilisées pour créer des modèles de santé des équipements, qui aident à identifier les tendances et les anomalies. Cela permet aux équipes de maintenance de prendre des décisions éclairées et de réaliser des interventions préventives, réduisant ainsi les temps d’arrêt non planifiés et les coûts de réparation.

Surveillance des équipements critiques

Dans le cadre de la surveillance des équipements critiques, les capteurs de vibration jouent un rôle essentiel en assurant la sécurité et la fiabilité des opérations. Les capteurs de sécurité sont souvent intégrés dans les systèmes de surveillance pour détecter les vibrations anormales pouvant indiquer des risques potentiels pour la sécurité des personnes et des équipements. Cette intégration permet une réaction rapide en cas de détection d’anomalies, minimisant ainsi les risques de dommages et de pannes.

 

Les capteurs de vibration jouent un rôle essentiel dans la surveillance et la maintenance industrielle. Ces dispositifs permettent une surveillance continue et en temps réel, détectent les défauts mécaniques à un stade précoce, prolongent la durée de vie des équipements et optimisent les coûts de maintenance. Pour garantir des données fiables, il est important de veiller à leur installation et calibration correctes, ainsi qu'à une analyse précise des signaux qu'ils produisent.

En intégrant ces capteurs dans vos stratégies de maintenance, notamment des capteurs de vibration moteur et des capteurs piézoélectriques, vous pouvez prévenir les arrêts de production imprévus, réduire les coûts opérationnels et améliorer la sécurité ainsi que l'efficacité des opérations. L’utilisation de capteurs de vibrations compactes et bien intégrées dans un module dédié renforce considérablement la fiabilité des équipements industriels.