Analyse Spectrale (FFT) et Lecture de Spectres
Module 2 / 5
Analyse Spectrale (FFT) et Lecture de Spectres : Le Test
Ce module a couvert la transformee de Fourier, la lecture des harmoniques et bandes laterales, et le paramétrage de l'analyseur (Fmax, resolution, fenêtrage, moyennage).
Verifiez vos acquis avant de passer au Module 3.
Δf = Fmax / Nlines
Resolution frequentielle. Plus de lignes = raies plus serrees. Tacq = 1/Δf.
1x / 2x / 3x
Harmoniques de rotation. 1x seul : balourd. 2x fort : desalignement. Serie : jeu mecanique.
Sidebands = GMF ± n × Fr
Bandes laterales espacees de Fr autour de la raie porteuse. Signature des defauts d'engrenage et de roulement.
Hanning = usage general
Fenetre de ponderation par defaut pour 90% des mesures industrielles. Flat Top pour l'etalonnage.
Testez vos connaissances
Un analyseur est configure avec Fmax = 2 000 Hz et 800 lignes spectrales. Quelle est la resolution frequentielle (Δf) et combien de secondes de signal faut-il acquerir ?
Explication : Δf = Fmax / Nlines = 2000 / 800 = 2,5 Hz. Le temps d'acquisition est l'inverse de la resolution : Tacq = 1 / Δf = 1 / 2,5 = 0,4 secondes. Attention : pour une bonne resolution qui separe deux raies espacees de 2 Hz, il faudrait Δf < 2 Hz, donc soit Fmax plus petite, soit plus de lignes.
Dans le spectre d'un moteur-pompe tournant a 1 500 tr/min, on observe une raie a 25 Hz (1x) et une raie a 50 Hz (2x) d'amplitude comparable a 1x. Quel defaut cela evoque-t-il en premier lieu ?
Explication : La presence d'une raie a 2x (50 Hz) d'amplitude comparable ou superieure a 1x (25 Hz) est la signature classique d'un desalignement (surtout angulaire). Un balourd pur genere une raie 1x tres dominante avec 2x et 3x faibles. Un defaut de roulement genere des raies a des frequences non synchrones (BPFO, BPFI) et non a 2x.
Un reducteur tourne a 30 Hz (arbre rapide), son pignon a 40 dents. La GMF est a 1 200 Hz. On observe des raies a 1 170, 1 140 Hz et 1 230, 1 260 Hz. Quel est l'espacement entre ces bandes laterales ?
Explication : Les raies sont a 1200-30=1170, 1200-60=1140 et 1200+30=1230, 1200+60=1260 Hz. L'espacement entre chaque paire consecutive est de 30 Hz = Fr de l'arbre rapide. Les bandes laterales sont toujours espacees de la frequence de rotation de l'arbre porteur du defaut. Ici elles pointent vers un defaut sur l'arbre rapide (excentricite, fatigue de dent).
Vous voulez comparer l'amplitude exacte d'une raie de balourd (1x = 25 Hz) avec la specification constructeur (max 2,5 mm/s). Quelle fenetre de ponderation devez-vous utiliser ?
Explication : La fenetre Flat Top est la seule qui garantit une amplitude exacte de chaque raie spectrales, au prix d'une resolution reduite (raies plus larges). La fenetre Hanning ameliore la resolution mais peut sous-estimer l'amplitude d'une raie de 1,5 a 3 dB selon sa position exacte dans la maille frequentielle. La fenetre rectangulaire genere un fuitage spectral severe qui biaise aussi les amplitudes. Pour une comparaison de conformite, Flat Top est obligatoire.
Un spectre presente une raie suspecte a 187 Hz mais elle n'est visible que sporadiquement et le bruit de fond est eleve. Quelle action permet d'ameliorer la detectabilite de cette raie ?
Explication : Le moyennage lineaire est l'outil pour reduire le bruit aleatoire et faire "emerger" les raies deterministes (vraies frequences de defaut) du bruit de fond. En passant de 4 a 32 moyennes (8 fois plus), le bruit est reduit d'un facteur √8 ≈ 2,8 (environ 9 dB), ce qui peut rendre visible une raie auparavant noyee. Reduire Fmax ne reduit pas le bruit de fond rapporte a la resolution. La fenetre Flat Top degrade la resolution sans reduire le bruit.
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