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Capteur piezo et analyse vibratoire automatique




  1. #1
    Anthony39

    Capteur piezo et analyse vibratoire automatique

    Bonjour,

    Je tente actuellement d'analyser un capteur piezo qui transforme une contrainte mécanique en tension. Ce capteur doit me permettre d'enregistrer les vibrations d'une plaque. Je souhaite obtenir la fonction de transfert de mon capteur piezo indépendamment de sa plaque de support.

    Mon protocole est le suivant, je possède deux de ces capteurs piezos. Je les ai collé ensemble. Le premier me sert d'émetteur, je l'alimente avec un signal sinusoidale d'une fréquence et puissance donnée ( il se met à vibrer). Je branche le second à un enregistreur et je mesure ce que le second piezo reçoit comme vibration.

    Je me suis dit que simplement, je n'avais qu'à renouveller cette expérience en faisant varier progressivement la fréquence pour obtenir mon diagramme. Malheureusement, mon premier test me pose déjà problème. Je stimule mon piezo émetteur avec un signal sinusoidale à 250 Hz et je le mesure. Vous trouverez joint le graphe de mon enregistrement. La mesure me présente une fondamentale à 250Hz et un ensemble d'harmonique.

    Si je calcule la puissance de mon signal reçu, celui-ci sera réalisé par l'ensemble des fréquences ce qui fausse mon analyse. Sinon, je me dis que peut-être ce sont plutôt ces harmoniques qui peuvent décrire la fonction de transfert de mon capteur. Je me demande, si je ne dois pas porter mon attention, justement sur les harmoniques pour évaluer ma fonction de transfert.

    Qu'en pensez-vous?

    Merci d'avance pour l'intérêt que vous portez à ma question.

    Anthony

    test_piezo.jpg

    -----


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  3. #2
    DAUDET78

    Re : Capteur piezo et analyse vibratoire automatique

    Un capteur piézo est un générateur de charge. Sa réponse est fortement dépendante de l'impédance du circuit (l'enregistreur ) qui est branché dessus
    L'age n'est pas un handicap .... Encore faut-il arriver jusque là pour le constater !

  4. #3
    Anthony39

    Re : Capteur piezo et analyse vibratoire automatique

    Bonjour,

    Merci pour l'information. Je vais donc considérer cette piste. Avez-vous un modèle de comportement que je pourrais appliquer?

    Cordialement

    Anthony


  5. #4
    DAUDET78

    Re : Capteur piezo et analyse vibratoire automatique

    Donne, à l'oscillo, le signal d'excitation et le signal de sortie
    - Chargé par ton enregistreur
    - Chargé par ton enregistreur avec en parallèle une 10K
    L'age n'est pas un handicap .... Encore faut-il arriver jusque là pour le constater !

  6. #5
    bobflux

    Re : Capteur piezo et analyse vibratoire automatique

    Accessoirement ton piézo excitateur qui est collé sur ton piézo capteur va générer une onde mécanique qui n'a peut-être pas grand chose à voir avec l'onde que tu vas mesurer (onde de compression ou de torsion, etc)... par exemple quand tu auras collé le piézo sur la plaque, si tu ne mets pas un poids derrière il va mesurer uniquement la déformation de la plaque (quand elle fait la vague et que le piézo se plie) mais pas le déplacement dans l'axe perpendiculaire au piézo (pour cela il faudrait coller un poids derrière), etc.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    Anthony39

    Re : Capteur piezo et analyse vibratoire automatique

    Bonjour,

    Merci pour vos réponses qui sont très intéressantes.

    Pour Daudet78, ma question pour bien cerner le concept. L'idée que tu me suggère est de voir l'impact qu'aurait cette résistance sur mon signal. Ma question triviale est la suivante: mon piezo a un signal correspondant à une certaine énergie mécanique transmise. En quoi, le fait d'ajouter une résistance peut modifier cette puissance que je veux analyser? Et comment alors je pourrais utiliser une résistance spécifique qui aurait un impact intéressant pour obtenir un signal de meilleure qualitée?

    Je m'excuse pour la faiblesse de mes connaissances, mais je suis curieux d'apprendre de vous. Enfin, je me demande si l'origine de votre réponse est bien le fait que je doive considérer le piezo plus la résistance comme un filtrage obligatoire "naturel" et que c'est ce filtre là que je peux caractériser en connaissant mon condensateur et ma résistance. Dans ce cas, l'intérêt de choisir une résistance différente serait de changer les caractéristique de ce filtre naturel pour l'adapter à mon signal qui lui est d'origine mécanique.

    Pour bobfuck,

    Désolé de ne pas comprendre correctement l'utilisation d'un poid de compensation. Dans mon idée, je compte utiliser la plaque telle qu'elle. J'ai déjà vérifié que ma simulation numérique de mécanique vibratoire correspondait bien en fréquence avec mes résultats expérimentaux ( les fréquences modales de la simulation sont en adéquations avec les pics de fréquences de mes résultats de mesures). Je souhaite maintenant arriver à prédire la puissance que j'obtiendrai de chacun des pics. Et en cela, naivement je me dis qu'il me suffit d'avoir une fonction de transfert qui correspond à la sensibilité du piezo aux vibrations mécaniques. Pour dire vrai, je m'imaginais que les principales vibration que rencontre mon piezo sont de flexion et qu'en cela coller deux piezos ensemble me donnerait à peur près les mêmes conditions de fonctionnement. pour préciser les choses mon capteur piezo et une petite rondelle de 9mm de dia pour une épaisseur de 0.2mm (0.1 mm de laiton et 0.1mm de piezo).

    Merci d'avance pour l'intérêt que vous portez à ma problématique.

    Anthony

  9. #7
    bobflux

    Re : Capteur piezo et analyse vibratoire automatique

    > mon piezo a un signal correspondant à une certaine énergie mécanique transmise

    Ton piézo ne sort pas une tension mais une charge (autrement dit un courant). Pour avoir une tension utilisable par ton appareil de mesure, il faut convertir ce courant en tension ... avec une résistance ou autre impédance connue en parallèle avec le piézo, sinon la tension que tu mesures est U=ZI avec Z l'impédance d'entrée inconnue de ton appareil...

    Ou alors il faut un appareil de mesure qui mesure le courant.

    > je me dis qu'il me suffit d'avoir une fonction de transfert qui correspond à la sensibilité du piezo aux vibrations mécaniques

    Le piézo réagit à l'écrasement... Par exemple

    - axe perpendiculaire au piézo : quand tu appuies dessus
    - une flexion : quand tu le plies
    - etc

    Ton capteur a une dimension en sortie (une tension) donc tu ne peux mesurer que la projection de tout ça sur un axe (plus ou moins connu d'ailleurs)...

    Si tu colles juste ton piézo sur la plaque (sans rien d'autre qui le touche) il ne sera pas écrasé (sauf par sa propre inertie) donc tu mesureras surtout de la flexion... Si tu coinces ton piézo entre la plaque et un support à peu près immobile (par exemple tu colles un poids dessus) alors il sera écrasé et tu mesureras aussi le déplacement de la plaque.

    Par exemple, une jauge de contrainte ne mesure que la flexion, et un accéléromètre ne mesure que le déplacement...

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  11. #8
    Anthony39

    Re : Capteur piezo et analyse vibratoire automatique

    Bonjour,

    Premier point: excuse moi de revenir dessus car il subsiste pour moi une zone d'ombre. Je pense que le malentendu vient du point suivant: je ne suis pas spécialement intéressé à connaitre la tension pour chacun de mes pics de puissance. Il me semble suffisant de pouvoir prédire quels seront les pics prépondérants, de cette manière je peux changer les caractéristiques de ma plaque, la position du capteur pour tenter d'optimiser le résultat. C'est en cela que mon idée, première était de caractériser mon piezo et sa fonction de transfert pour pouvoir choisir un système mécanique idéale vis à vis de la sensibilité du piezo. ( Par exemple: le fournisseur indique que sa fréquence de résonance est autour de 9.5kHz).

    Pour ce qui est du mode de fonctionnement du piezo. Le piezo utilisé a pour fonction d'origine de réaliser un buzzer, sa forme le prête à un fonctionnement en flexion. De ce fait, collé à ma plaque je suppose que ces contraintes principales seront de la flexion. Pour ce qui est de l'écrasement, je commence à comprendre ton idée de mettre un poid derrièren probablement pour qu'il puisse subir ce phénomène d'écrasement.

    Si j'ai bien tout compris, mon piezo actuellement est en mode jauge de contrainte ( il me mesure la flexion). D'ailleurs pour définir par simulation le signal qu'il doit émettre, je mesure la contrainte maxi suivant les différents modes propres de vibration. Je pense que dans une certaine mesure mon modèle est cohérent avec l'application que j'en fais. En réalité, la plaque subit des chocs, elle doit donc, après un choc, se mettre à vibrer suivant le mode propre de l'ensemble ce qui semble le cas quand je compare les fréquences de ma simulation et de mes mesures.

    Merci,

    Anthony

  12. #9
    bobflux

    Re : Capteur piezo et analyse vibratoire automatique

    > je ne suis pas spécialement intéressé à connaitre la tension pour chacun de mes pics de puissance.

    Tu utilises un instrument qui numérise la tension je suppose (une carte son ?)
    Dans ce cas si tu n'adaptes pas le capteur, tu mesures n'importe quoi...

  13. #10
    Anthony39

    Re : Capteur piezo et analyse vibratoire automatique

    Bonjour,

    Excusez-moi de ne toujours pas parvenir à comprendre, je mesure n'importe quoi. Je ne comprend pas en quoi le fait de ne pas connaitre l'impédance de mon système d'enregistrement où de ne pas la fixer moi même à l'aide d'une résistance ne me permet pas d'avoir un comparatif lorsque je réalise la DSP de mon signal. A priori, j'obtiens bien un résultat cohérant du point de vue fréquentiel et aussi un résultat répétitif. Pensez-vous que le fait de ne pas utiliser une résistance puisse avoir un impact sur la localisation de mes pics de puissance en fréquentiel?

    Si mon système d'enregistrement à une impédance d'entrée, le fait de la connaitre me donnerait l'information supplémentaire de connaitre la valeur réelle de la tension. Mais mon système d'enregistrement ayant un ampli., le résultat de mon système final ne me permettra toujours pas de connaitre la tension de mon système.

    Excusez moi de ne pas mieux comprendre ce que je mesure quand je mesure n'importe quoi. Si vous le souhaitez prenez le temps de m'expliquez ce que je suis entrain de risquer par mon protocole. Néanmoins, pour mes prochains essais, j'ajouterai une résistance à mon système pour évaluer l'impact que ça a sur ma mesure.

    Merci pour l'aide que vous m'apportez.

    Anthony

  14. #11
    bobflux

    Re : Capteur piezo et analyse vibratoire automatique

    Poste la forme d'onde numérisée alors que l'excitateur délivre un sinus.

  15. #12
    Anthony39

    Re : Capteur piezo et analyse vibratoire automatique

    Bonjour,

    Voilà une partie zommée de mon résultat.

    sortie_piezo_1000Hz.jpg

    Merci

    Anthony

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