Brevet FR2864248A1 — publié le 20050624

I Dispositif d'indication du niveau vibratoire d'un appareil. La présente invention concerne un dispositif d'indication du niveau vibratoire d'un appareil. Le domaine de l'invention est celui de l'analyse des vibrations, plus particulièrement lorsque l'appareil est pourvu d'un moteur entraînant un organe de propulsion rotatif. Un exemple type d'application de l'invention est l'hélicoptère, appareil qui présente un niveau vibratoire important essentiellement dû au rotor principal chargé d'assurer la sustentation et la mobilité. Il est important de caractériser les vibrations présentes dans un tel appareil car celles-ci sont le signe de contraintes qui provoquent un phénomène de fatigue et qui ont donc une influence directe sur la sécurité. Les vibrations peuvent également dégrader les performances de divers équipements qui sont installés dans l'appareil. En outre, les vibrations dans la cabine d'un hélicoptère conditionnent le confort des passagers et du pilote. Il va sans dire que le confort du pilote est également un élément essentiel de la sécurité. On connaît ainsi un système d'enregistrement en continu des vibrations au sein de l'hélicoptère, système connu sous le sigle HUMS (pour Heath Usage Monitoring System en anglais). Le système enregistre une alarme dans une cartouche de surveillance amovible si le niveau vibratoire excède un seuil prédéterminé à la fréquence SZ, 2n ou BS2, S2 représentant la vitesse de rotation du rotor et B le nombre de pales montées sur ce rotor. Cette alarme ne peut être détectée que dans une station au sol, équipée pour restituer les informations enregistrées dans la cartouche. Le pilote n'a pas accès à ces informations au cours de sa mission. De plus, aucun moyen n'est prévu pour fournir une application globale du niveau vibratoire qui ne soit pas limitée à une fréquence identifiée mais qui plutôt reflète le comportement général de l'appareil. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif qui indique, de préférence, en temps réel le niveau vibratoire d'un appareil sur un large spectre de fréquences au moyen d'une seule donnée. Selon l'invention, ce dispositif indique au moins un premier niveau vibratoire dérivant d'un premier signal d'accélération et il comprend: un premier moyen d'analyse pour décomposer le premier signal d'accélération en une pluralité de signaux d'analyse axiale chacun inscrit dans une bande de fréquence identifiée, - une première mémoire dans laquelle est enregistrée une pluralité de coefficients de pondération axiale chacun correspondant à une 15 de ces bandes de fréquences identifiée, et, - un premier circuit de contrôle pour effectuer la somme des puissances pièmes des signaux d'analyse axiale pondérées par les coefficients de pondération axiale, produisant ainsi le premier niveau vibratoire. De plus, le dispositif comprend un premier comparateur pour produire un premier signal d'alerte lorsque le premier niveau vibratoire excède un premier seuil prédéterminé. En outre, ce dispositif comprend un premier organe de concentration ainsi agencé que la pluralité de signaux d'analyse axiale provient de plusieurs signaux de mesure chacun issu d'un capteur distinct. Selon une première option, le premier organe de concentration effectue la somme de ces signaux de mesure. Selon une deuxième option, le premier organe de concentration retient le plus élevé de ces signaux de mesure. De préférence, le dispositif recevant un deuxième signal d'accélération, il comprend: - un deuxième moyen d'analyse pour décomposer le deuxième signal d'accélération en une pluralité de signaux d'analyse radiale chacun inscrit dans une bande de fréquence identifiée, - une deuxième mémoire dans laquelle est enregistrée une pluralité de coefficients de pondération radiale chacun correspondant à une 10 de ces bandes de fréquences identifiées, et - un deuxième circuit de contrôle CC pour effectuer la somme des puissances pièmes des signaux d'analyse radiale pondérées par les coefficients de pondération radiale afin de produire un deuxième niveau vibratoire. De plus, ce dispositif comprend un deuxième comparateur pour produire un deuxième signal d'alerte lorsque le deuxième niveau vibratoire excède un deuxième seuil prédéterminé. En outre, le dispositif comprend un deuxième organe de concentration ainsi agencé que la pluralité de signaux d'analyse radiale provient de plusieurs signaux d'évaluation chacun issu d'un capteur distinct. Selon un premier mode de réalisation, le deuxième organe de concentration effectue la somme de ces signaux d'évaluation. Selon un deuxième mode de réalisation, le deuxième organe 25 de concentration retient le plus élevé de ces signaux d'évaluation. Avantageusement, le dispositif comprend un organe de combinaison pour produire un signal d'alarme lorsqu'une combinaison des deux signaux d'alerte excède un troisième seuil prédéterminé. A titre d'exemple, cet organe de combinaison réalise la somme des puissances qièmes des signaux d'alerte, la valeur de q 5 étant de préférence égale à 1. La présente invention apparaîtra maintenant avec plus de détails dans le cadre de la description qui soit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en se référant aux figures annexées qui représentent: - la figure 1, un module d'analyse selon l'invention - la figure 2, un schéma d'un dispositif selon l'invention, et - la figure 3, une représentation graphique des coefficients de pondération axiale et radiale. Les éléments présents dans plusieurs figures sont affectés 15 d'une seule et même référence. En référence à la figure 1, un premier module d'analyse MOD1 comporte un premier SI, un deuxième S2 et un troisième S3 capteurs qui sont disposés dans la cabine d'un hélicoptère pour mesurer les vibrations axiales, celles qui sont dirigées selon l'axe du rotor. Les trois capteurs délivrent respectivement un premier Cl, un deuxième C2 et un troisième C3 signaux de mesure qui représentent l'accélération axiale à laquelle ils sont soumis. Les capteurs sont de préférence des accéléromètres ou des jauges de contrainte. Un premier organe de concentration MM1 reçoit les trois signaux de mesure Cl, C2, C3 pour les combiner selon une quelconque fonction en un premier signal d'accélération y1. Selon une première option, il effectue la somme de ces signaux de mesure. Selon une deuxième option, il reproduit en tant que premier signal d'accélération le signal de mesure qui est le plus élevé. Il convient de noter que l'invention s'applique également si un seul capteur est prévu, auquel cas celui-ci délivre directement le premier signal d'accélération y1 et le premier organe de concentration MM1 est supprimé. Un premier moyen d'analyse FT1 effectue la transposition du premier signal d'accélération y1 du domaine temporel dans le domaine fréquentiel, autrement dit, il réalise la transformée de Fourrier discrète de ce signal. Il produit ainsi dans une première table T1 une pluralité de signaux d'analyse axiale y1 1, y12, ... y1;, y1,, qui donnent la valeur de l'accélération dans des bandes étroites de fréquences successives, la réunion de ces bandes définissant le domaine fréquentiel d'analyse. Une première mémoire RM1 contient des coefficients de pondération axiale KA1, KA2, ...KA;, ....KA qui correspondent aux différentes bandes de fréquences identifiées par le premier moyen d'analyse FT1. Ces coefficients représentent l'importance relative d'une bande de fréquence dans le niveau vibratoire général de la cabine. On comprend bien que certaines vibrations sont beaucoup plus gênantes que d'autres. Ainsi, si l'on souhaite étudier l'équilibrage du rotor de l'hélicoptère, les fréquences multiples de la vitesse de rotation sont particulièrement symptomatiques. Si l'on souhaite par contre privilégier le confort, on peut avantageusement se reporter à la norme 1SO 2631 qui définit, pour une durée d'exposition donnée, le niveau de vibration maximal admissible en fonction de la fréquence. En référence à la figure 2, un moyen simple pour définir les coefficients KA de pondération axiale consiste, pour une fréquence (ou bande de fréquence) donnée, à retrancher d'une constante arbitraire la valeur correspondante du niveau maximal selon l'axe vertical ou axe z indiqué dans cette norme. Ainsi, en coordonnées logarithmiques, la représentation de KA en fonction de la fréquence s'apparente à une droite de pente croissante entre 1 Hz et 4Hz, suivie d'un palier entre 4 Hz et 8 Hz et se terminant par une droite de pente décroissante entre 8 Hz et 100 Hz. Un premier circuit de contrôle CC produit un premier niveau vibratoire VIB1 en réalisant la somme des puissances pièmes des signaux d'analyse axiale y1; pondérées par les coefficients de pondération axiale KA; : VIBI= En KAi.(yl,)P i_t Avantageusement, p vaut 2. Un premier comparateur COMP1 produit un premier signal d'alerte ALI si le premier niveau vibratoire VIB1 excède un premier 20 seuil prédéterminé TH1. De préférence, le dispositif comprend un deuxième module d'analyse MOD2 pour produire un deuxième niveau vibratoire VIB2 et un deuxième signal d'alerte AL2. Ce deuxième module n'est pas détaillé dans le dessin annexé car il est analogue au premier module d'analyse. Ce deuxième module d'analyse MOD2 comporte un quatrième, un cinquième et un sixième capteurs qui sont disposés dans la cabine pour mesurer les vibrations radiales, celles qui sont perpendiculaires à l'axe du rotor. Ces trois derniers capteurs délivrent un premier Cl, un deuxième C2 et un troisième C3 signaux d'évaluation qui représentent l'accélération radiale à laquelle ils sont soumis. Un deuxième organe de concentration reçoit les trois signaux d'évaluation pour les combiner selon une quelconque fonction en un deuxième signal d'accélération. Soit il effectue la somme de ces signaux d'évaluation, soit il retient celui qui est le plus élevé. Un deuxième moyen d'analyse effectue la transposition du deuxième signal d'accélération du domaine temporel dans le domaine fréquentiel. Il produit ainsi dans une deuxième table une pluralité de signaux d'analyse radiale. Une deuxième mémoire contient des coefficients de pondération radiale KB1, KB2, ...KB;, ....KB qui correspondent aux différentes bandes de fréquences identifiées par le deuxième moyen d'analyse. En référence à la figure 2, un moyen simple pour définir les coefficients KB de pondération radiale consiste, pour une fréquence (ou bande de fréquence) donnée, à retrancher d'une constante arbitraire la valeur correspondante du niveau maximal selon l'axe x ou y, soit dans un plan horizontal. Ainsi, en coordonnées logarithmiques, la représentation de KB en fonction de la fréquence s'apparente à une droite de pente décroissante entre 1 Hz et 100 Hz. Un deuxième circuit de contrôle produit un deuxième niveau vibratoire en réalisant la somme des puissances pièmes des signaux d'analyse radiale pondérées par les coefficients de pondération radiale. Un deuxième comparateur produit un deuxième signal d'alerte AL2 si le deuxième niveau vibratoire excède un deuxième seuil prédéterminé. En référence à la figure 3, le dispositif selon l'invention comprend donc le premier MOD1 et le deuxième MOD2 modules d'analyse ainsi qu'un organe de combinaison AO. Cet organe produit un signal d'alarme W lorsqu'une quelconque combinaison des signaux d'alerte ALI, AL2 excède un troisième seuil prédéterminé. De préférence, cette combinaison est la somme des puissances qièmes des deux signaux d'alerte, une solution simple consistant à affecter la valeur 1 à q. Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant à sa mise en oeuvre. Bien que plusieurs modes de réalisation aient été décrits, on comprend bien qu'il n'est pas concevable d'identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention. 9 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'indication du niveau vibratoire d'un appareil, pour produire un premier niveau vibratoire VIBI dérivant d'un premier signal d'accélération y1, caractérisé en ce qu'il comprend: - un premier moyen d'analyse FT1 pour décomposer ledit premier signal d'accélération y 1 en une pluralité de signaux d'analyse axiale chacun y1; inscrit dans une bande de fréquence identifiée B;, une première mémoire RM1 dans laquelle est enregistrée une pluralité de coefficients de pondération axiale chacun KA; correspondant à une desdites bandes de fréquences identifiée B;, et, un circuit de contrôle CC pour effectuer la somme des puissances pièmes desdits signaux d'analyse axiale y1; pondérées par lesdits coefficients de pondération axiale KA;, produisant ainsi ledit premier niveau vibratoire VIB1. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un premier comparateur COMP1 pour produire un premier signal d'alerte ALI lorsque ledit premier 20 niveau vibratoire VIB1 excède un premier seuil prédéterminé TH1. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un premier organe de concentration MM1 ainsi agencé que ladite pluralité de signaux d'analyse axiale y1; provient de plusieurs signaux de mesure Cl, C2, C3 chacun issu d'un capteur distinct SI, S2, S3. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit premier organe de concentration MM1 effectue la somme desdits signaux de mesure Cl, C2, C3. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit premier organe de concentration MM1 retient le plus élevé desdits signaux de mesure Cl, C2, C3. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que, recevant un deuxième signal d'accélération, il comprend: - un deuxième moyen d'analyse pour décomposer ledit deuxième signal d'accélération en une pluralité de signaux d'analyse radiale chacun inscrit dans une bande de fréquence identifiée, - une deuxième mémoire dans laquelle est enregistrée une pluralité de coefficients de pondération radiale chacun correspondant à une 15 de ces bandes de fréquences identifiées, et - un deuxième circuit de contrôle pour effectuer la somme des puissances pièmes desdits signaux d'analyse radiale pondérées par lesdits coefficients de pondération radiale afin de produire un deuxième niveau vibratoire. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième comparateur pour produire un deuxième signal d'alerte AL2 lorsque ledit deuxième niveau vibratoire excède un deuxième seuil prédéterminé. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième organe de concentration ainsi agencé que ladite pluralité de signaux d'analyse radiale provient de plusieurs signaux d'évaluation chacun issu d'un capteur distinct. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit deuxième organe de concentration effectue la somme desdits signaux d'évaluation. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit deuxième organe de concentration retient le plus élevé desdits signaux d'évaluation. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de combinaison AO pour produire un signal d'alarme W lorsqu'une combinaison desdits 15 signaux d'alerte AL1, AL2 excède un troisième seuil prédéterminé. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit organe de combinaison AO réalise la somme des puissances qièmes desdits signaux d'alerte ALI, AL2. 13. Dispositif selon la revendication 12, 20 caractérisé en ce que la valeur de q est égale à 1.