Brevet FR2727758A1 — publié le 19960607

l " Système d'étalonnage, en particulier pour étalonner des bancs d'essai exploitant des signaux de bruits de struc- ture " L'invention concerne un système d'étalonnage, en particulier pour étalonner des bancs d'essai exploitant des signaux de bruits de structure avec une source de bruit servant à produire un niveau sonore défini. Etat de la technique Des systèmes d'étalonnage du type mentionné ci- dessus sont connus. Les systèmes sont utilisés pour étalon- ner des bancs d'essai avec lesquels on doit contrôler une propagation de bruits de structure dans le cas d'éprouvettes. On peut conclure à des défauts de la matière ou analogues sur la base d'une propagation de bruits de structure dans l'éprouvette d'une manière telle que cet examen serve à l'assurance de qualité. Pour que les bancs d'essai délivrent des résultats de mesure exploitables, on doit les étalonner. En particulier, on doit étalonner les emplacements d'accouplement, par exemple pour recevoir les éprouvettes sur chaque banc d'essai, pour retenir des si- gnaux reproductibles. Il est connu d'étalonner les bancs d'essai avec un système d'étalonnage qui présente une source de bruit et fournit un niveau sonore défini. L'étalonnage du banc d'essai a lieu au moyen du niveau so- nore défini. Il est connu par le document " Schalltechnisches Taschenbuch ", 4ème édition, VDI- Verlag, pages 140 et 164, d'utiliser comme source de bruit pour le système d'étalonnage une source de bruit constituée par la chute d'une bille. Cette source consiste en un grand nombre de petites billes qui tombent librement après la ro- tation d'un boîtier recevant les billes et crépitent contre une membrane. Dans ce cas, il se produit durant environ 10 secondes un bruit à large bande qui peut être utilisé pour calibrer le banc d'essai. Dans le cas des systèmes connus d'étalonnage, l'inconvénient est que du fait d'une rotation nécessaire chaque fois à nouveau du boîtier qui reçoit les billes, ces systèmes ne permettent pas d'avoir une reproductibilité d'un niveau sonore exactement identique. Avantages de l'invention Le système d'étalonnage selon l'invention est caractérisé en ce que la source de bruit est formée par au moins un corps qui peut être déplacé le long d'une trajec- toire que l'on peut déterminer à l'avance contre une butée déclenchant un niveau sonore (oscillation mécanique). Le système d'étalonnage selon l'invention pré- sente par rapport à l'état de la technique l'avantage que l'on peut produire un niveau sonore en forme d'impulsions ou oscillant avec une précision très élevée de reproduction et avec un contenu de fréquence réglable. Pour que la source de bruit soit toujours constituée par au moins un corps, de préférence une bille ou un piston (qu'on appelle- ra dans ce qui suit une bille) qui soit mobile le long d'une piste de déplacement pouvant être déterminée à l'avance et vienne contre une butée produisant un niveau sonore, il est possible d'une manière simple de déplacer la bille le long de sa trajectoire avec une force définie con- tre la butée. Dans une forme préférée de réalisation, on prévoit que la bille est associée à un système d'accélération qui provoque un mouvement de la bille contre la butée. Au moyen d'une commande du dispositif d'accélération, il est de cette façon possible, indépendam- ment de la position du système d'étalonnage, d'avoir une accélération de la bille contre la butée définie, qui soit exactement reproductible. La trajectoire des billes ne doit plus être de cette façon déterminée nécessairement par la chute libre. En outre, il est avantageux que la bille puisse être déplacée alternativement contre des butées se faisant vis à vis, par le système d'accélération qui, de préfé- rence, est formé par des bobines électromagnétiques dispo- sées des deux côtés de la trajectoire. Grâce à ces chocs alternatifs des billes contre les butées on peut au moyen du système d'étalonnage, disposer d'un niveau sonore cons- tant sur un long intervalle de temps, niveau qui convient à un étalonnage exact d'un banc d'essai. En associant le sys- tème d'étalonnage de préférence au moins un élément de dé- tection, on peut en fonction d'un choc intervenu sur au moins l'une des butées disposer d'un signal de commande pour le système d'accélération, de telle sorte que l'on peut produire à des intervalles exactement égaux des bruits avec exactement le même niveau sonore et le même contenu de fréquence. Dans une autre configuration avantageuse de l'invention, on prévoit que le système d'étalonnage pré- sente deux sources de bruit disposées de façon décalée d'un angle de 90 , qui sont formées de préférence de deux tra- jectoires de billes disposées sur des plans différents à l'intérieur d'un corps de base. Grâce à cette disposition, des sources décalées de 90 l'une par rapport à l'autre, il est possible au moyen du système d'étalonnage, de réaliser une excitation tridimensionnelle du niveau sonore, qui per- met d'obtenir un étalonnage hautement précis des bancs d'essai. De cette façon, on peut simuler une propagation de bruits de structure dans plus d'un sens de direction dans l'espace. Comme la propagation des bruits de structure a lieu en règle générale dans les trois dimensions, il est possible de cette façon d'avoir un étalonnage des bancs d'essai dans cet état qui se produit en règle générale. Selon d'autres caractéristiques de l'inven- tion: - le corps est une bille; - la trajectoire est formée par une douille recevant les billes, douille qui présente des deux côtés une butée; - on associe à la bille un système d'accélération qui pro- cure un mouvement de préférence alternatif à la bille à l'intérieur de la douille contre la butée; - le système d'accélération est formé de bobines électroma- gnétiques qui sont disposées respectivement sur les ex- trémités opposées de la douille; - les bobines sont alternativement branchées et débran- chées; - on associe au système d'étalonnage au moins un élément de détection qui détermine l'instant de commutation des bo- bines; - l'élément de détection est un détecteur de mouvement qui délivre un signal de commutation en fonction de l'impact des billes sur la butée; - un plan de détection du détecteur de mouvement présente, à l'intérieur de la trajectoire des billes, une distance (x) par rapport à un plan de butée pour les billes formé par la butée; - la butée est formée par un élément amortisseur disposé rigidement; - le système d'étalonnage présente deux sources de bruit disposées de façon décalée d'un angle de 90 ; - deux trajectoires disposées sur des plans différents à l'intérieur d'un corps de base sont prévues pour respec- tivement une bille, trajectoires qui sont décalées de 90 l'une par rapport à l'autre. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de plusieurs modes de réa- lisation représentés sur les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 montre une vue schématique de dessus d'un système d'étalonnage, - la figure 2 montre une représentation schématique en coupe à travers un système d'étalonnage, et - la figure 3 montre une vue schématique en perspective d'un autre système d'étalonnage. Description des exemples de réalisation La figure 1 montre un système d'étalonnage dé- signé de façon générale par la référence 10, qui sert à étalonner des bancs d'essai exploitant des signaux de bruits de structure. Le système d'étalonnage 10 possède une plaque de base 12, qui peut être mise par exemple en con- tact physique avec la réception de l'éprouvette du banc d'essai. Sur la plaque de base 12, on dispose une source de bruit 14. La source de bruit 14 présente une douille 16, à l'intérieur de laquelle est disposée une bille 18 qui se déplace librement. La bille 18 possède un diamètre qui est adapté au diamètre intérieur de la douille 16 d'une manière telle que la bille 18 peut être déplacée sans jeu le long d'une trajectoire 20 indiquée ici. La douille 16 est fermée des deux côtés par un élément amortisseur 22 qui forme res- pectivement une butée 24 pour la bille 18. Les éléments amortisseurs 22 sont reliés de façon rigide à la plaque de base 12 et peuvent être constitués par exemple par des ron- delles en matière plastique. Le système d'étalonnage 10 présente un système d'accélération 26 qui est formé par une première bobine électromagnétique 28 et une seconde bobine électromagnétique 30. Les bobines 28 et 30 sont disposées respectivement aux deux extrémités de la douille 16 et en- tourent celle-ci. Sur la figure 2, on a représenté de façon dé- taillée la source de bruit 14, les mêmes pièces qu'à la fi- gure 1 étant pourvues des mêmes références et n'étant pas ici décrites encore une fois. On associe aux éléments amor- tisseurs 22 des dispositifs de transmission des sons 32, qui assurent un accouplement des éléments amortisseurs 22 à la plaque de base 12. Les dispositifs de transmission des sons 32 sont disposés dans un évidement 34 d'une monture 36 pour la douille 16. La source de bruit 14 possède en outre un élément de détection 40 (détecteur de mouvement) consti- tué comme un détecteur d'accélération 38, un élément de dé- tection 40 étant disposé sur chaque côté de la douille 16. Les éléments de détection 40 sont disposés de telle manière qu'un plan de détection 42 se trouve par rapport à la tra- jectoire 20 de la bille 18 respectivement avant un plan de butée 44 qui est formé par les butées 24 des éléments amor- tisseurs 22. Les plans de détection 42 sont dans ce cas à une distance x des plans de butée 44. Le système d'étalonnage 10 représenté sur les figures 1 et 2 exerce la fonction suivante: En appliquant une tension d'excitation à l'une des deux bobines électromagnétiques 28 ou 30, on crée avec celle-ci un champ magnétique à la suite duquel la bille 18, qui est réalisée en une matière magnétique, est attirée par le champ magnétique et est accélérée le long de la trajec- toire 20 en direction de l'élément amortisseur 22 qui est entouré d'une bobine recevant une tension d'excitation. La bille 18 frappe dans ce cas la butée 24 de l'élément amor- tisseur 22. La force avec laquelle la bille 18 frappe est déterminée exclusivement par la masse de la bille 18 et la force du champ magnétique produit par la bobine 28 ou la bobine 30. Comme on connaît la masse de la bille 18, on peut régler, en commandant le champ magnétique, la force de frappe avec laquelle la bille frappe sur la butée 24. On produit par la frappe de la bille 18 un niveau sonore défi- ni avec une fréquence définie, qui est transmis à la plaque de base 12 par le dispositif de transmission du son 32. Cette plaque subit de cette façon, du fait de la propaga- tion des bruits de structure, des vibrations mécaniques d'une manière connue. Grâce à un choix d'éléments amortis- seurs, par exemple en utilisant des matières différentes avec des propriétés d'amortissement connues différentes ainsi qu'en choisissant la matière des billes, par exemple avec des duretés différentes, on peut régler le spectre des forces qui déclenchent les bruits de structure. Au moyen des détecteurs de mouvement 38, on dé- tecte l'instant de la frappe de la bille 18 sur la butée 24 et on prépare un signal de commande pour exciter les bobi- nes électromagnétiques 28 et 30. Le signal de commande a pour effet qu'une fois que la bille 18 a complètement frap- pé la butée 24, la bobine associée à cette butée 24 - dans l'exemple représenté selon la figure 2, la bobine 28 - est débranchée et qu'en même temps la bobine électromagnétique , disposée en regard, est alimentée par une tension d'excitation 30. De cette façon, la bobine électromagnéti- que 30 crée un champ magnétique de telle manière que la bille 18 soit accélérée sur sa trajectoire 20 en direction de la butée 24 disposée de façon opposée. En fonction du récepteur d'accélération 38 qui se trouve également disposé à cet endroit, il se produit après la frappe de la bille 18 sur la butée 24 à nouveau une commutation, de telle façon que la bobine électromagnétique 28 soit alors branchée. Au moyen des éléments de détection 40 on peut réaliser de cette façon un branchement et un débranchement alternatif des bobines électromagnétiques 28 et 30 de telle façon que la bille 18 soit excitée à l'intérieur de la douille 16 sur sa trajectoire 20 jusqu'à vibrer. Une amplitude et une fré- quence de la vibration de la bille 18 est, dans ce cas, fonction de l'instant du branchement des bobines électroma- gnétiques 28 ou 30 ainsi que du champ magnétique produit par celles-ci. En choisissant la distance x du plan de dé- tection 42 par rapport au plan de butée 44, on peut optimi- ser l'instant de la commutation. Grâce au mouvement alternatif de va et vient de la bille 18, il se produit un impact sur les éléments amortisseurs 22 disposés des deux côtés de la douille 16 à des intervalles de temps définis avec une force de frappe définie. De cette façon, on ob- tient une fréquence à large bande, une excitation os- cillante d'impulsions (vibrations mécaniques) de la plaque de base 12 avec une très grande exactitude de répétition. En commandant les bobines électromagnétiques 28 ou 30, on peut assister à ce que les billes 18 atteignent les élé- ments amortisseurs avec une force définie de telle sorte qu'il soit possible d'avoir un niveau sonore défini à large bande pour étalonner un banc d'essai par un niveau de bruits de structure. Sur la figure 3, on a montré dans une vue sché- matique en perspective un mode de réalisation préféré d'un système d'étalonnage 10 selon l'invention. Le système d'étalonnage 10 possède deux sources de bruit 14, qui peu- vent avoir la construction représentée aux figures 1 et 2. Les sources de bruit 14 sont disposées à l'intérieur d'un corps de base 46 sur deux plans 48 et 50. Les sources de bruit 14 se trouvent de cette façon quasiment l'une au- dessus de l'autre et sont disposées de façon décalée l'une par rapport à l'autre d'un angle de 90 . De cette façon, la bille 18 de la source de bruit inférieure 14 oscille dans la direction X et la bille 18 de la source supérieure de bruit dans la direction Y. Les forces caractérisées ici par Fx et Fy sont excitées par l'oscillation des billes 18. Celles-ci oscillent en fonction de l'amplitude et de la fréquence avec laquelle les billes oscillent en même temps à l'intérieur des sources de bruit 14, de façon alterna- tive. Grâce à une excitation correspondante des bobines électromagnétiques 28 et 30 des sources de bruit 14, on peut par exemple arriver à ce que les billes 18 de la source inférieure de bruit 14 à gauche sur la représenta- tion, bute au même instant, comme la bille 18 de la source supérieure de bruit 14 en avant sur la représentation. De cette façon, les forces Fx et Fy peuvent être accordées l'une à l'autre. Au moyen de la grandeur de champ magnéti- que déjà mentionné et des instants de branchement des bobi- nes électromagnétiques 28 ou 30 des sources de bruit respectives 14, on peut définir et régler de cette façon n'importe quelle évolution des forces Fx, respectivement Fy. Du fait de la superposition des forces Fx et Fy, il se produit sur le corps de base 46 les forces résultantes ca- ractérisées ici par Fxz et Fyz. Comme les forces résultan- tes peuvent être déterminées en fonction des forces connues Fx ou Fy, ainsi que des propriétés de transmission de la géométrie, on peut produire avec le système d'étalonnage 10 représenté à la figure 3 une force définie avec une préci- sion élevée de répétition dans chacune des trois dimensions de l'espace. Celles-ci sont transmises à la plaque de base 12 de telle sorte qu'au moyen de la plaque de base 12, on peut étalonner un logement d'éprouvettes d'un banc d'essai, comme on l'a déjà mentionné. Sur la plaque de base 12, il se produit en outre par suite de la superposition des for- ces Fx et Fy les couples de rotation caractérisés ici par Mx et My, qui sont transmis au logement non représenté de l'éprouvette du banc d'essai. La plaque de base 12 est de cette façon mise au total dans une oscillation mécanique définie. Au total, on peut de cette façon produire n'importe quelle force définie dans les trois dimensions de l'espace. Grâce à une simple superposition d'une excitation bidimensionnelle dans la direction X et dans la direction Y on obtient par la disposition du corps de base 46 sur la plaque de base 12 à partir de la superposition, une excita- tion tridimensionnelle. Une oscillation exactement définie du corps de base 12 est possible grâce au choix d'une masse des billes 18, au choix de la matière des éléments amortis- seurs 22 et des billes 18 et au choix de la variation de phase de la tension d'excitation (fréquence, amplitude), avec laquelle sont excitées les bobines électromagnétiques 28 et 30. R E V E N D I C A T I 0 N S 1) Système d'étalonnage, en particulier pour étalonner des bancs d'essai exploitant des signaux de bruits de structure avec une source de bruit servant à pro- duire un niveau sonore défini, système d'étalonnage carac- térisé en ce que la source de bruit (14) est formée par au moins un corps (16) qui peut être déplacé le long d'une trajectoire (20) que l'on peut déterminer à l'avance contre une butée (24) déclenchant un niveau sonore (oscillation mécanique). 2) Système d'étalonnage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (18) est une bille (18). 3) Système d'étalonnage selon l'une des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que la trajectoire (20) est formée par une douille (16) recevant les billes (18), douille (16) qui présente des deux côtés une butée (24). 4) Système d'étalonnage selon l'une des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que l'on associe à la bille (18) un système d'accélération (26) qui procure un mouvement de préférence alternatif à la bille (18) à l'intérieur de la douille (16) contre la butée (24). ) Système d'étalonnage selon l'une des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le système d'accélération (26) est formé de bobines électromagnétiques (28, 30) qui sont disposées respectivement sur les extrémi- tés opposées de la douille (16). 6) Système d'étalonnage selon l'une des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que les bobines (28, 30) sont alternativement branchées et débranchées. 7) Système d'étalonnage selon l'une des reven- dications précédentes, caractérisé en ce qu'on associe au système d'étalonnage (10) au moins un élément de détection (40) qui détermine l'instant de commutation des bobines (28, 30). 8) Système d'étalonnage selon l'une des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de détection (40) est un détecteur de mouvement (38) qui déli- vre un signal de commutation en fonction de l'impact des billes (18) sur la butée (24). 9) Système d'étalonnage selon l'une des reven- dications précédentes, caractérisé en ce qu'un plan de dé- tection (42) du détecteur de mouvement (38) présente, à l'intérieur de la trajectoire (20) des billes (18), une distance (x) par rapport à un plan de butée pour les billes (44) formé par la butée (24). ) Système d'étalonnage selon l'une des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que la butée (24) est formée par un élément amortisseur (22) disposé rigide- ment. 11) Système d'étalonnage selon l'une des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le système d'étalonnage (10) présente deux sources de bruit (14) dis- posées de façon décalée d'un angle de 90 . 12) Système d'étalonnage selon l'une des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que deux trajec- toires (20) disposées sur des plans différents (48, 50) à l'intérieur d'un corps de base (46) sont prévues pour res- pectivement une bille (18), trajectoires qui sont décalées de 90 l'une par rapport à l'autre.