Nouvelle fonction intégrée de surveillance des vibrations

L'objectif de cet article est de démontrer la nécessité de surveiller les vibrations dans une IMU et d'expliquer les avantages du développement d'une fonctionnalité intégrée de surveillance des vibrations.

Pourquoi surveiller les vibrations dans une IMU ?

Ceux qui ont l'expérience de l'utilisation d'une IMU (unité de mesure inertielle MEMS) dans un environnement difficile connaissent la nécessité d'examiner attentivement les vibrations et l'acoustique. Les capteurs MEMS reposent sur des éléments mécaniques en vibration interne. Cela a deux conséquences principales :

• Dégradation des performances sous l'effet des vibrations : L'exposition aux vibrations peut altérer la précision de l'IMU par le biais de ce que l'on appelle l'erreur de redressement de vibration (VRE) ou le coefficient de redressement de vibration (VRC). Pour les applications de haute précision telles que la cartographie ou la navigation à estest, ces erreurs peuvent avoir un impact majeur.
• Effets de résonance : Le capteur lui-même vibrant, si les fréquences de vibration du véhicule coïncident avec les fréquences de résonance internes du capteur, les mesures de l'IMU peuvent s'en trouver perturbées.

Ces effets constituent souvent des éléments clés lors de la phase de conception initiale. Les équipes consacrent généralement un effort important à des simulations complexes, qui ne parviennent toutefois qu'à prédire partiellement le comportement réel.

Il est nécessaire de mener des campagnes de test coûteuses à l'aide d'équipements de surveillance afin de valider ces simulations. L'expérience montre que même des simulations approfondies ne peuvent reproduire fidèlement les conditions réelles. Certains clients ont ainsi intégré nos IMU dans des environnements plus rudes que prévu, supportant des vibrations atteignant 30 g RMS et des niveaux acoustiques de 150 dB.

L'ajout d'un dispositif de surveillance externe constitue une bonne pratique de développement, mais elle n'est pas infaillible et ne reflétera jamais totalement l'expérience réelle de l'IMU :

• l'emplacement de la mesure est décalé
• la modification de la masse ou de l'installation imposée par le dispositif de surveillance externe altérera le résultat.

Présentation de notre fonction de surveillance des vibrations intégrée

Pour répondre à ce besoin, nous avons intégré une fonctionnalité innovante de surveillance des vibrations directement dans nos IMU et systèmes GNSS/INS. Nos systèmes fournissent désormais une analyse des vibrations en temps réel, incluant un rapport de spectre complet et un rapport synthétique.

Rapport de spectre complet

Une FFT (Fast Fourier Transform) complète affiche l'amplitude des vibrations sur l'ensemble des fréquences. L'image suivante correspond à cette vue en spectre complet. Elle montre l'intensité des vibrations mesurée pour chaque fréquence au fil du temps.

Rapport de vibration simplifié

Un résumé intuitif divisant le spectre en quatre bandes de fréquences. Pour chaque bande, le rapport fournit l'intensité globale des vibrations (en g RMS), la fréquence dominante (pic) et son amplitude. L'image suivante présente une capture d'écran du rapport de vibration synthétique tel qu'affiché dans notre outil sbgCenter.

Caractéristiques techniques

Le module de surveillance des vibrations intégré fonctionne entièrement au sein de l'IMU/INS, garantissant des performances en temps réel sans matériel supplémentaire. Ses spécifications clés sont :

• Bande passante : jusqu'à 8 kHz (selon le modèle d'IMU).
• Plage dynamique : jusqu'à 40 g RMS (selon le modèle d'IMU).
• Synchronisation temporelle : les rapports de vibrations sont horodatés à l'aide de l'horloge de l'IMU pour faciliter l'analyse.
• Entièrement intégré : tous les calculs FFT sont effectués en interne.
• Fréquence de mise à jour et résolution : les rapports de vibration sont générés toutes les 0,25 s, avec une résolution de 4 Hz.
• Configuration de la fenêtre : les utilisateurs peuvent choisir parmi plusieurs modes de fenêtrage FFT — Flat Top, Hanning ou Rectangulaire, offrant différents compromis entre amplitude, précision et fuite spectrale.

Cela vous permet d'effectuer une analyse détaillée des vibrations à l'emplacement de l'IMU. Les utilisateurs peuvent corréler le bruit inertiel et les performances de l'IMU avec l'excitation mécanique réelle. Par exemple, les données FFT en temps réel offrent une métrique supplémentaire qui vient compléter le test continu intégré (CBIT) de l'IMU. Elle met en évidence les résonances de montage ou les excitations harmoniques qui coïncident avec des variations du bruit de l'accéléromètre ou de la dérive du gyroscope.

Cas d'utilisation de notre fonction de surveillance des vibrations intégrée

La fonction de surveillance des vibrations intégrée peut être utilisée de multiples façons — et nous nous attendons à ce que nos clients en trouvent d'autres encore. En voici quelques exemples :

• Analyse des vibrations en phase de conception : Durant la conception du véhicule, cette fonctionnalité aide à optimiser le montage de l'IMU. Mesurer les vibrations directement au niveau de l'IMU permet aux ingénieurs de choisir le meilleur emplacement, d'ajuster les amortisseurs et de concevoir une protection acoustique, le tout sans ajouter de capteurs externes lourds ou coûteux.
• Qualification d'IMU sur bancs vibrants : Le suivi vibratoire peut être utilisé lors de la qualification d'une IMU ou d'un INS lorsqu'ils sont soumis à des vibrations (aléatoires ou en balayage), permettant de confirmer que les vibrations mesurées correspondent aux vibrations injectées (fonction de transfert) ; et peut servir d'outil pour discriminer si une résonance est liée au pot vibrant, à la configuration de test ou à l'IMU.
• Systèmes aérospatiaux et de drones : la surveillance des vibrations peut être utilisée pour détecter les modes de résonance sur les giravions ou les turbomachines, et pour valider l'isolation de la charge utile lorsque l'IMU est montée sur un cardan ou une plateforme stabilisée.
• Véhicules terrestres : Nos INS sont souvent utilisés sur des véhicules terrestres pour le géoréférencement (cartographie mobile). La FFT peut être utilisée de manière innovante dans ce contexte : les données de vibration peuvent servir à analyser l'état des routes ou à classifier les types de terrain.
• Test intégré lié à la mission (BIT) : Dans des environnements opérationnels difficiles, des vibrations excessives indiquent souvent des pannes telles qu'une défaillance du moteur, des problèmes de contrôle de gain ou une instabilité aérodynamique. Le moniteur intégré peut détecter ces anomalies en temps réel, sans nécessiter de capteurs supplémentaires.
• Santé structurelle et analyse modale : les données de vibration FFT peuvent être utilisées pour affiner l'analyse modale, en détectant les décalages des fréquences de résonance qui indiquent une fatigue structurelle potentielle, un desserrage ou une dégradation des matériaux au fil du temps. Cela transforme l'IMU en un capteur à double usage : à la fois un capteur de mouvement et un instrument de surveillance structurelle à long terme.

Accéder à la fonction de surveillance des vibrations

Si votre appareil est compatible, mettez simplement à jour le micrologiciel avec la dernière version. Activez ensuite les messages de surveillance des vibrations dans la configuration de sortie. Pour traiter les données :

1 – sbgCenter – visualisez facilement les rapports de vibration.

2 – sbgBasicLogger – exportez les données au format ASCII.

3 – bibliothèque sbgECom – analysez les données binaires rapidement et efficacement.

Restez à l'affût pour découvrir de la documentation supplémentaire et des exemples de code qui vous aideront à tirer le meilleur parti de cette fonctionnalité.

Compatibilité des produits

Cette section détaille les produits spécifiques qui prennent actuellement en charge la fonction de surveillance des vibrations intégrée. La compatibilité dépend à la fois de la révision matérielle et de la version du micrologiciel installée. Nous avons résumé les exigences actuelles ci-dessous pour vous garantir de pouvoir utiliser cette fonctionnalité.

La fonction de surveillance des vibrations est actuellement disponible sur :

• dernières révisions matérielles pour les Ekinox Micro, Quanta Micro, Quanta Plus et Quanta Extra (INS) — exécutant la version de micrologiciel 5.5 ou supérieure
• Pulse-80 et Pulse-40 (IMU) — exécutant la version du micrologiciel 2.0 ou supérieure

Veuillez contacter notre équipe support si votre produit exécute une version de micrologiciel antérieure. Elle vous guidera concernant la compatibilité et les options de mise à niveau. Cette fonctionnalité sera intégrée à d'autres produits dans un avenir proche.