Brevet FR3096133A1 — publié le 20201120

Description Titre de l'invention : Extraction d'une composante vibro-acoustique générée par une source mécanique en régime variable Domaine technique [0001] L'invention concerne le domaine général des machines tournantes ou des moteurs à combustion et explosion. [0002] De telles machines sont utilisées dans de nombreux contextes, et notamment dans l'aéronautique. Il peut s'agir par exemple d'une turbine, d'un compresseur, d'un engrenage ou encore d'un roulement, etc. [0003] La surveillance de l'état de telles machines est cruciale et présente de nombreux intérêts, notamment en termes de prévisibilité des opérations de réparation et/ou de remplacement, de sécurité (pour permettre l'arrêt d'équipements défectueux avant qu'un danger ne se présente), d'optimisation des opérations de maintenance (pour permettre notamment une maintenance prédictive), et de fiabilité (pour réduire les échecs inattendus). [0004] Pour réaliser la surveillance d'une machine tournante, une technique largement appliquée et particulièrement efficace est l'analyse des signaux vibratoires et/ou acoustiques (ci-après « vibro-acoustiques ») générés par la machine tournante. Ces signaux transportent en effet avantageusement de nombreuses informations sur les défauts susceptibles d'affecter les différentes pièces mécaniques en mouvement se trouvant au sein de la machine tournante, qui peuvent être révélés au moyen d'une analyse spectrale (au premier ordre ou à un ordre supérieur).Un utilisateur de nos jours est souvent confronté à une très importante quantité d'informations dans ses boîtes de messagerie (courrier électronique, application de messagerie instantanée, etc.). Celle-ci peut être très difficile à gérer par l'utilisateur et peut même être la cause d'une surcharge d'informations chez l'utilisateur. 100051 Plus précisément, le signal vibro-acoustique généré par la machine tournante comprend une multitude de contributions engendrées par différentes sources mécaniques présentes au sein de la machine tournante, celles-ci pouvant résulter notamment d'un fonctionnement régulier des différentes pièces mécaniques en mouvement au sein de la machine tournante (ex. arbres, engrenages, roulements, boîte de vitesse, etc.) ou de défauts affectant ces pièces mécaniques (ex. Fissure, usure, etc.). A titre d'exemple, un signal vibro-acoustique mesuré sur une chaîne de transmission mécanique de puissance comprenant un défaut de roulement et des engrenages, comprend notamment : - une contribution provenant des chocs générés par le défaut de roulement, 2 - une contribution provenant du déplacement généré au point du contact des engrenages, et - une contribution aléatoire liée à des bruits divers (erreurs de mesures, bruit de fond, etc.). [0006] La présence de ces multiples contributions au sein du signal vihro-acoustique réduit le rapport signal-sur-bruit et peut rendre difficile le traitement et l'analyse du signal vibro-acoustique. [0007] Une extraction aveugle et optimale du signal vibro-acoustique émis par une source mécanique, selon l'art antérieur, utilise une structure particulière de filtre connu sous le nom « filtre de Wiener cyclique ». La structure de cc filtre est linéaire périodiquement variable dans le temps. L'efficacité de cette méthode provient de l'approximation des composantes vibro-acoustiques émises par des sources mécaniques comme des processus cyclostationnaires qui se distinguent par leurs périodicités. [0008] Cependant, cette méthode est implicitement basée sur la stationnarité du régime. Cela nécessite que la vitesse de rotation de la machine soit quasi-constante (i.c., l'écart type de la vitesse de rotation du composant mécanique concerné est de l'ordre de quelques pourcents de sa valeur moyenne). En pratique, cette condition n'est pas toujours satisfaite, surtout dans les équipements aéronautiques. Un exemple typique est le système de transmission d'un hélicoptère. Dans ce cas, la vitesse est soumise à des variations aléatoires incontrôlées ducs au couple naturellement variable (selon la commande du pilote ainsi que les conditions environnementales de fonctionnement). En conséquence, le régime n'est plus stationnaire et l'hypothèse de cyclostationnarité est mise en cause. Pour cette raison, les performances de cette méthode sont compromises. Résumé de l'invention [0009] La présente invention permet notamment de résoudre les inconvénients précités en proposant un procédé de surveillance d'une pièce mécanique en rotation associée à au moins un ordre cyclique, cc procédé de surveillance comprenant : - une étape d'obtention d'un signal vibro-acoustique temporel X ( t ) acquis au moyen d'un capteur et incluant une contribution vibro-acoustique s ( t ) de la pièce mécanique en rotation ; - une étape d'estimation de ladite contribution s ( t ) de la pièce mécanique en filtrant le signal X ( t ) au moyen d'un filtre ; le procédé de surveillance étant caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détermination, dans un domaine fréquentiel, d'un nombre entier K de coefficients du filtre, chaque coefficient correspondant à un dit ordre cyclique associé à la pièce mécanique, l'étape de détermination comprenant - une étape d'évaluation, à au moins une fréquence f, d'une matrice L ( f ) dont 3 chaque élément Lnin f) m et n désignant deux entiers compris entre 1 et K, est égal au spectre cyclique croisé de signaux (t) - x t exp ( - jotno(t)) ifret007 et n f ref if f(t), et otrn désignant des (I) -x(t)exp (-joimeM),,/ re /f- , Cen ref ordres cycliques associées à la pièce mecanique en rotation, ) f fref( désignant l'angle de rotation de la pièce mécanique, 2 rr ou )du free) désignant la fréquence de rotation instantanée d'un arbre de référence lié à la pièce mécanique, et fret désignant la fréquence de rotation moyenne de l'arbre de référence; - une étape d'évaluation, à ladite au moins une fréquence f, d'un vecteur b( f) dont chaque élément bi ( f) , i désignant un entier compris entre 1 et K, est égal au spectre cyclique croisé d'un signal et du ( t ) = (-je{;(*)) Ifref(t)/ cc i I \> / fref signal 5Z0 ( t) - X ( t ) /fre désignant un ordre cyclique associé à la /free) /a /3 f ref, pièce mécanique ; les K coefficients du filtre étant déterminés (E64) à partir du produit d'une matrice inverse de la matrice L (f) par le vecteur b (f) évalué à ladite au moins une fréquence f. [0010] Corrélativement, l'invention vise aussi un dispositif de surveillance d'une pièce mécanique en rotation, ce dispositif de surveillance comprenant : - un module d'obtention, configuré pour obtenir un signal vihro-acoustique temporel t) acquis au moyen d'un capteur et incluant une contribution vibro-acoustique S ( t ) de la pièce mécanique en rotation ; - un module d'estimation, configuré pour estimer ladite contribution s ( t ) de la pièce mécanique en filtrant le signal (t) au moyen d'un filtre ; le dispositif de surveillance étant caractérisé en cc qu'il comprend en outre un module de détermination configuré pour déterminer dans un domaine li-équentiel un nombre entier K de coefficients du filtre, chaque coefficient correspondant à un dit ordre cyclique associé à la pièce mécanique, ledit module de détermination comprenant : - un premier module d'évaluation, configuré pour évaluer à au moins une fréquence f, une matrice L f) dont chaque élément Lnin( f) , m et n désignant deux entiers compris entre 1 et K, est égal au spectre cyclique croisé de signaux x n x ( t )exp ( - je('0(tt frefet),'fi-r ci11 et (xi-H désignant des Te V ref m(t) = X(t) exp - jo(,,,O(ti) lirreW/1 ^ 1 in ftef ordres cycliques associées à a pièce mecanique en rotation, 13(0 désignant l'angle de rotation de la pièce mécanique, fref(t) désignant la fréquence de rotation instantanée d'un arbre de référence lié à la pièce mécanique, et fret désignant la fréquence de rotation moyenne de l'arbre de référence; - un second module d'évaluation, configuré pour évaluer à ladite au moins une fréquence f, un vecteur b(f) dont chaque élément 1)1(1"), i désignant un entier compris entre 1 et K, est égal au spectre cyclique croisé d'un signal /f , f(ir) / et du signal Kai(t) =x(t)exp (-143(t f ref /frerffii (xi désignant un ordre cyclique associé à la pièce xtP(t) .3,3' fret' mécanique ; les K coefficients du filtre étant déterminés par le module de détermination à partir du produit d'une matrice inverse de la matrice L ( f ) par le vecteur b ( f ) évalué à ladite au moins une fréquence f. 100111 L'invention propose donc une méthode de séparation de sources aveugle (c'est-à-dire qui ne requiert pas l'utilisation d'un signal de référence pour procéder à la séparation des sources) rapide et efficace, s'appuyant sur un signal vibro-acoustique acquis au moyen d'un unique capteur de signaux vibro-acoustiques (comprenant par exemple un accéléromètre ou un microphone), et permettant d'extraire de façon optimale la contribution vibro-acoustique d'une pièce mécanique en rotation d'intérêt, embarquée dans une machine tournante pouvant intégrer une pluralité de telles pièces mécaniques. 100121 Cette méthode de séparation s'appuie sur le filtrage du signal vibro-acoustique acquis via le capteur au moyen d'un filtre, linéaire variant dans le temps, périodiquement variable en angle. Ceci permet. que la méthode proposée soit applicable dans un régime de vitesse stationnaire ainsi que non-stationnaire de la pièce mécanique. En conséquence, la durée du signal vibro-acoustique temporel x ) acquis via le capteur ne dépend plus de la variabilité de vitesse tout au long de l'acquisition. Cela constitue un avantage majeur par rapport à l'art antérieur où la durée d'acquisition doit être petite pour ne pas comprendre de variations majeures de vitesse. Ainsi, selon l'invention, le signal x ) peut être choisi suffisamment long ce qui augmente la précision de la méthode (l'erreur quadratique de l'estimation étant inversement propor- tionnelle à la durée du signal). [0013] Dans un mode de réalisation, la méthode proposée requiert uniquement la connaissance de la cinématique de la pièce mécanique en rotation ainsi qu'une mesure de la vitesse de rotation instantanée de la pièce mécanique. [0014] Dans un mode particulier de réalisation, en notant X ( t) = s (t +n(t), n(t) désignant une contribution aléatoire liée à des bruits, le filtre est configuré de façon que ses ordres cycliques appartiennent à l'ensemble d'ordres cycliques de la pièce mécanique non partagé avec l'ensemble d'ordres cycliques des bruits. Cette condition assure l'incohérence cyclique angulaire entre s t ) et n t ) pour les ordres cycliques du filtre. 10015] Dans un mode particulier de réalisation, le filtrage du signal x (t) est réalisé dans le domaine fréquentiel. 10016] Ceci permet d'utiliser directement les coefficients du filtre déterminés dans le domaine fréquentiel lors de l'étape de détermination, et de simplifier les opérations mises en oeuvre lors du filtrage. 10017] En variante, le filtrage peut être réalisé dans le domaine temporel en dérivant les co- efficients du filtre à utiliser dans le domaine temporel à partir des coefficients déterminés dans le domaine fréquentiel. 10018] Dans un mode particulier de réalisation, l'estimation de la contribution s (t ) de la pièce mécanique comprend une détermination de (f) --- XK(f) x1(f)1 &(f) Fourier du signal estimé g ( [Ha i(f) ..- Ha b,[( f) comprenant les K coefficients du filtre, et Xi( f), / désignant un entier compris entre 1 et K, étant la transformée de Fourier du signal Xi(t) -x(t)exp (-j2rrait). [0019] Dans un mode particulier de réalisation, les différentes étapes du procédé de sur- veillance sont déterminées par des instructions de programmes d'ordinateurs. [0020] En conséquence, l'invention vise aussi un programme d'ordinateur sur un support d'informations, ce programme étant susceptible d'être mis en oeuvre dans un dispositif de surveillance ou plus généralement dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions adaptées à la mise en oeuvre des étapes d'un procédé de surveillance tel que décrit ci-dessus. [0021] Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code (f) [H étant la transformée de étant un vecteur 6 objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable. [0022] L'invention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur, et comportant des instructions d'un programme d'ordinateur tel que mentionné ci-dessus. [0023] Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple un disque dur. [0024] D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet. [0025] Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question. [0026] L'invention vise également un système comprenant : - un capteur, configure pour acquérir un signal vibro-acoustique généré par au moins une pièce mécanique en rotation ; - un dispositif de surveillance selon l'invention, configure pour déterminer une contribution vitro-acoustique de la pièce mécanique en rotation à partir du signal vibro-acoustique acquis par le capteur. [0027] Le système selon l'invention bénéficie des mêmes avantages cités précédemment que le dispositif et le procédé de surveillance selon l'invention. [0028] Le système peut être un équipement portable permettant de surveiller à la volée l'état d'une pièce mécanique en rotation, ou être intégré dans la structure comprenant ladite pièce mécanique ou sur un banc d'essai. [0029] Dans un mode particulier de réalisation, le système comprend en outre un module de restitution de la contribution vibro-acoustique déterminée par le dispositif de surveillance. [0030] Un tel module de restitution est par exemple un écran ou un haut-parleur. Ce mode de réalisation facilite l'inspection (visuelle ou auditive) de la pièce mécanique et la caractérisation d'éventuels défauts affectant ladite pièce. Par exemple, dans le cas d'un défaut local, la contribution vibro-acoustique de la pièce peut comprendre des signatures transitoires et répétitives générées par des chocs aisément détectables sur un écran. [0031] Dans un mode particulier de réalisation, le capteur du système selon l'invention comprend un accéléromètre (délivrant alors un signal vibratoire) ou un microphone (délivrant un signal acoustique). 7 100321 Dans un mode particulier de réalisation, le système comprend en outre un capteur configuré pour mesurer la fréquence de rotation instantanée d'un arbre de référence lié à la pièce mécanique. [0033] On peut également envisager, dans d'autres modes de réalisation, que le procédé de surveillance, le dispositif de surveillance, et le système selon l'invention présentent en combinaison tout ou partie des caractéristiques précitées. Brève description des dessins [0034] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la des- cription faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : [0035] [fig.1] la figure 1 représente, dans son environnement, un système conforme à l'invention dans un mode particulier de réalisation ; [0036] [fig.2] la figure 2 illustre schématiquement l'architecture matérielle d'un dispositif de surveillance conforme à l'invention, inclus dans le système de la figure I, dans un mode particulier de réalisation ; [0037] [fig.3] la figure 3 représente les principales étapes d'un procédé dc surveillance selon l'invention tel qu'il est mis en oeuvre par le dispositif dc surveillance de la figure 2 ; [0038] [fig.4] la figure 4 illustre l'architecture d'un filtre selon l'invention ; et [0039] [fig.5] la figure 5 représente les principales étapes mises en oeuvre par le dispositif de surveillance pour déterminer les coefficients du filtre dans le domaine fréquentiel conformément à l'invention. Description détaillée de l'invention 100401 La figure 1 représente, dans son environnement et dans un mode particulier de réa- lisation, un système I conforme à l'invention permettant la surveillance d'une machine tournante 2 comprenant au moins une pièce mécanique 3 en rotation à laquelle on s'intéresse plus particulièrement pour déterminer si celle-ci est affectée ou non d'un défaut. Par exemple, la machine tournante 2 peut être une boîte d'engrenages d'un moteur à combustion équipant un aéronef tel qu'un avion, et la pièce mécanique 3 en rotation peut être une roue dentée d'un engrenage particulier de la boîte d'engrenages. 100411 Conformément à l'invention, le système I permet une extraction aveugle et optimale d'un signal vibro-acoustique émis par la pièce mécanique 3 opérant sous un régime de vitesse non-stationnaire (et également un régime de vitesse stationnaire). Dans un mode particulier de réalisation, l'invention nécessite une connaissance a priori de la cinématique de la pièce mécanique 3, ainsi qu'une mesure de la vitesse de rotation instantanée de la pièce mécanique 3. 100421 Dans un mode particulier de réalisation, la vitesse de rotation instantanée de la pièce mécanique 3 est déterminée à partir de la fréquence de rotation, f .(t ) d'un arbre f 8 de référence lié à la pièce mécanique 3. Vu que la connexion entre les différents composants d'une chaine cinématique est rigide, la fréquence d'un composant tournant donné, f t ), est proportionnel à la fréquence de l'arbre de référence : (- f(t) kf (t) k [0043] Dans ce qui suit, on introduit la notion d'ordre, indépendant du temps t, qui signifie la fréquence d'un composant tournant normalisée par la fréquence de référence : f 100441 Prenant comme exemple le cas d'une boite de vitesse comprenant deux roues dentées 1 et 2 dont le nombre de dents est donné par Z et Z 2, tournant aux fréquences f1 ( t ) et f 2 t ) respectivement. Supposons qu'on a une mesure de la fréquence de l'arbre de d'entrée f ). Dans ce cas, l'ordre de rotation de la roue 1 est : ret f (t) a f-L-07 - r e f tandis que l'ordre de la roue 2 s'écrit comme : f2(t) f2(t) fref(t) fi(t)- Z2 [0045] Une approche d'estimation de la fréquence de référence est l'utilisation d'un capteur de position sur l'arbre de référence cormne proposé par exemple par US 2010/0288051. Une autre approche est d'estimer cette fréquence à partir du signal vibro-acoustique comme proposé par exemple par US 6,366,862. [0046] La pièce mécanique 3 lorsqu'elle sc trouve en rotation est caractérisée par une ci- nématique, et plus particulièrement, est caractérisée par une périodicité cachée définie par des ordres cycliques propres aicA (A désignant l'ensemble des ordres cycliques associés à la pièce mécanique). [0047] Ainsi, un signal vibro-acoustique s (t) produit par la pièce mécanique 3 est ca- ractérisé la périodicité angulaire de sa fonction d'autocorrélation temporelle. Notamment, cette dernière peut être décomposable en série de Fourier comme : Els ( (0 ) )s (1- (0 ) - r /ka21 (r )(laie ai e A s où E est l'opérateur moyenne d'ensemble, t désigne la variable temps, e désigne la variable angle défini pare (t) 2n.0 , rut ^ (ud où (t) désigne la , re r fréquence de rotation en Hz d'un l'arbre de référence lié à la pièce mécanique 3, et f t agi. f (t) k s2,(0, r) def 9 >X2 ( = 0 f 4,e2s , r e-ja le de 0 désigne la « fonction d'autocorrélation cyclique en angle-temps » associé avec l'ordre cyclique a étant le secteur angulaire sur lequel le signal est défini) Il est souvent plus facile d'évaluer la propriété précédente dans le domaine spectrale. En effet, la transformée de Fourier de la fonction d'autocorrélation cyclique définie la « corrélation spectrale en ordre-fréquence » : SI;(f) +;>iti(T )eTj'Erfdr (J a fe (t)) f où W est la durée temporelle sur laquelle le signal s t ) est défini, fdt est la fréquence de rotation moyenne de l'arbre de ref rer référence, et da\tT- fl - 1= f2 n ( T) e-J 2-u dt est la transformée de j2 Fourier définie sur la durée temporaire W. 100481 Une pièce mécanique émettant un signal vibro-acoustique s (t ) est caractérisé par l'ensemble des ordres cycliques A si : [0049] En reprenant l'exemple d'une boite de vitesse comprenant deux roues dentées 1 et 2 dont le nombre de dents est donné par Z et Z 2, l'ensemble des ordres cycliques associés avec la roue 1 est A(1) = t 1 ,) 3 , tandis que celui de la roue 2 est ed-r --- ) y2) {Zi Z1 Z1 A 22, 222, 32.2, --- [0050] De façon connue de l'homme du métier, les ordres cycliques associés à une pièce mécanique en rotation peuvent être en général déterminés de façon théorique ou à défaut de façon empirique, et. dépendent de la pièce mécanique en rotation à laquelle on s'intéresse et du défaut que l'on souhaite caractériser. Ainsi par exemple, si l'on s'intéresse à une bague externe d'un roulement, les ordres cycliques associés à cette bague externe sont la fréquence de passage de la bille sur la bague externe (qui est proportionnelle à la fréquence de rotation du roulement) et ses multiples. [0051] Dans un mode de réalisation, le système 1 comprend un capteur 4 permettant de mesurer sur une durée déterminée un signal vibro-acoustique X t) généré par la machine tournante 2 (dont la pièce mécanique 3) lors de son fonctionnement, un dispositif de surveillance 5 conforme à l'invention, apte à traiter le signal vibroacoustique fourni par le capteur 4, un capteur il permettant de mesurer la fréquence de rotation instantanée d'un arbre de référence lié à la pièce mécanique 3 (non illustré dans la figure 1), et un module 12 de restitution de la contribution vibratoire oulet la 1- contribution acoustique (ci-après « contribution vihro-acoustique ») de la pièce mécanique 3 estimée par le dispositif de surveillance 5. [0052] Le système 1 peut être ainsi aisément utilisé pour surveiller différents types de machines tournantes, à bord d'un aéronef ou sur un banc d'essai. Il est lors de cette utilisation placé à proximité de la machine tournante que l'on souhaite surveiller (contenant la pièce mécanique en rotation 3), de sorte que le signal vibro-acoustique mesuré par le capteur 4 comprend une contribution vibro-acoustique duc à la pièce mécanique en rotation 3. [0053] Dans un mode de réalisation, le capteur 4 comprend un accéléromètre 4A permettant de mesurer le signal vibratoire ou/et un microphone 4B permettant de mesurer le signal acoustique généré par la machine tournante 2. [0054] De façon connue en soi, le capteur 4 comprend également une chaîne ou une carte d'acquisition 4C, apte à conditionner le signal acquis par l'accéléromètre 4A ou/et le microphone 4B, et notamment à numériser (voire à amplifier et à filtrer) le signal (analogique) mesuré par l'accéléromètre 4A ou/et le microphone 4B. Une telle chaîne d'acquisition est connue en soi, et n'est pas décrite en détail ici. [0055] On désigne par x ) le signal vihro-acoustique numérique disponible à la sortie de la chaîne d'acquisition 4C : le signal x ) est un signal temporel échantillonné avec une fréquence d'échantillonnage (par exemple, 50kHz). Le procédé selon l'invention est applicable dans des conditions de fonctionnement généralement non-stationnaires et, donc, la durée du signal x t) ne dépend pas de la variabilité de vitesse tout au long de l'acquisition. Cela constitue un avantage majeur par rapport à l'art antérieur où la durée d'acquisition doit être petite pour ne pas comprendre des variations majeures de vitesse. Par conséquence, le signal peut être choisi suffisamment long pour garantir la précision de la méthode (l'erreur quadratique de l'estimation étant inversement proportionnelle à la durée du signal). Les inventeurs ont constaté expérimentalement qu'une durée de cinq secondes par exemple pour un système d'acquisition ayant une fréquence d'échantillonnage égale à 50 kHz représente un bon compromis. [0056] Dans le mode de réalisation décrit ici, le dispositif de surveillance 5 a l'architecture matérielle d'un ordinateur, telle que représentée schématiquement à la figure 2. Il comprend un processeur 6, une mémoire vive 7, une mémoire morte 8, une mémoire flash non volatile 9, et des moyens de communication 10 lui permettant de communiquer notamment avec le capteur 4, via par exemple un bus numérique. [0057] Dans le mode de réalisation décrit ici, la mémoire morte 8 du dispositif de sur- veillance 5 constitue un support d'enregistrement conforme à l'invention, lisible par le processeur 6 et sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur FROC conforme à 11 l'invention, comportant des instructions pour l'exécution d'une partie des étapes du procédé de surveillance selon l'invention. Cc programme d'ordinateur PROG définit des modules fonctionnels et logiciels du dispositif de surveillance 5 qui utilisent ou s'appuient sur les éléments matériels 6-10 mentionnés précédemment. Ces modules comprennent notamment, comme illustré à la figure 1 : - un module d'obtention SA, configuré pour obtenir le signal x ) acquis au moyen du capteur 4 et incluant la contribution vibro-acoustique générée par la pièce mécanique 3 lorsque celle-ci est en rotation ; - un module d'estimation 5B, configuré pour estimer cette contribution en filtrant le signal x (t) au moyen d'un filtre selon l'invention, décrit plus en détail ici ulté- rieurement en référence à la figure 4 notamment ; et - un module de détermination 5C configuré pour déterminer dans un domaine fréquentiel, les coefficients du filtre. Ces coefficients sont au nombre de K, chaque coefficient correspondant à un ordre cyclique OEK, k=1,...,K, de l'ensemble A associée à la pièce mécanique 3. Conformément à l'invention, le module de détermination 5C comprend : - un premier module d'évaluation 5C1, configuré pour évaluer à au moins une fréquence f, une matrice carrée L ( f) de dimension K ; et - un second module d'évaluation 5C2, configuré pour évaluer à ladite au moins une fréquence f, un vecteur b ( f) de dimension K. [0058] La matrice LU) et le vecteur b(i) sont évalués par les modules d'évaluation 5C1 et 5C2 pour au moins une fréquence f à partir de spectres cycliques croisés de signaux dérivés du signal vibro-acoustique t ) comme décrit ultérieurement en référence aux différentes étapes du procédé de surveillance selon l'invention. En outre, dans le mode de réalisation décrit ici, le module de détermination 5C comprend : - un module d'inversion 5C3, configuré pour évaluer la matrice inverse de la matrice carrée L ( f) évaluée par le premier module d'évaluation 5C1 ; et - un module de calcul 5C4, configuré pour déterminer le produit de la matrice inverse évaluée par le module d'inversion 5C3 et du vecteur b ( f) évalué par le second module d'évaluation 5C2, le produit étant évalué à ladite au moins une fréquence f. [0059] Comme évoqué précédemment, dans le mode de réalisation décrit ici, le capteur 11 permet de mesurer la fréquence de rotation instantanée d'un arbre de référence lié à la pièce mécanique 3 (non illustré dans la figure 1) ; on note que la fréquence de rotation de la pièce mécanique 3 et celle de l'arbre de référence sont liées par une relation linéaire de sorte qu'il est possible de déduire de la connaissance de l'une, la connaissance de l'autre. Dans un mode de réalisation, le capteur 11 comprend un tachymètre installé à proximité de l'arbre de référence. Dans un autre mode de réa- 12 lisation, le capteur 11 peut être substitué par un une méthode d'estimation de vitesse à partir du signal vihro-acoustique. [0060] Le module 12 de restitution comprend un écran permettant de visualiser la contribution vibro-acoustique de la pièce mécanique 3 extraite du signal X ( t ) . En variante, il peut comprendre un haut-parleur, permettant de restituer de façon auditive cette contribution. [0061] Nous allons maintenant décrire, en référence aux figures 3 et 4, les principales étapes du procédé de surveillance mis en oeuvre par le système 1, et plus particulièrement par le dispositif de surveillance 5 pour extraire d'un signal vibro-acoustique x (t ) acquis par le capteur 4 lors d'un fonctionnement de la machine tournante 2, la contribution vibro-acoustique due à la pièce mécanique 3 afin de permettre son analyse et la détection d'un éventuel défaut affectant la pièce mécanique 3. 100621 Comme mentionné précédemment, on suppose que le signal vibro-acoustique X ( t ) est acquis par le capteur 4, et plus particulièrement par l'accéléromètre 4A ou/et le microphone 4B (étape E10), alors que la machine tournante 2 (et corrélativement de la pièce mécanique 3) opère sous un régime de vitesse stationnaire ou non-stationnaire. De façon connue, et comme décrit précédemment, on suppose ici que le signal vibroacoustique x t ) désigne le signal mesuré par le capteur 4 puis échantillonné par la chaîne d'acquisition 4C à la fréquence d'échantillonnage. [0063] Le signal vibro-acoustique x ( t ) ainsi échantillonné est transmis au dispositif de surveillance 5 et plus particulièrement à son module d'obtention 5A (par l'intermédiaire notamment de ses moyens de communication 10) (étape E20). [0064] Conformément à l'invention, le dispositif de surveillance 5 estime la contribution vibro-acoustique de la pièce mécanique 3 contenue dans le signal vibro-acoustique x (t) acquis par le capteur 4 en filtrant le signal vibro-acoustique t ). Le filtrage est réalisé au moyen d'un filtre décrit en détail ci-dessus. [0065] Afin de mieux comprendre l'invention, l'architecture du filtre selon l'invention est représentée à la figure 4. Ce filtre est un filtre linéaire temporel mais périodiquement variable en angle qui est optimal pour extraire d'un signal vibro-acoustique des sources présentant des propriétés non-stationnaires. Dans le domaine temporel, si on désigne par n l'ensemble des ordres cycliques a k K) caractérisant la périodicité du filtre, le filtre peut être défini par la réponse impulsionnelle h(t,u) suivante : h(t, u ) :5-"K h k(t - u ) e )118(ü) k a:k e H où chaque coefficient h k ) désigne la réponse impulsionnelle d'un filtre linéaire invariant dans le temps. 13 [0066] Dans un mode de réalisation, les ordres cycliques a k du filtre sont prédéfinis et ap- partiennent à l'ensemble d'ordres cycliques de la source d'intérêt non partagé avec le bruit. Notamment, si on désigne par x ( t) le signal vitro-acoustique mesuré et qu'on modélise cc dernier comme suit : X(t) = S(t)+,2 (t) VaieA où s (t ) est le signal vibro-acoustique émis par la pièce mécanique 3 et caractérisé par l'ensemble d'ordres cycliques A et n(t) est le bruit (qui peut comprendre des interférence vibro-acoustiques prévenant d'autres composants mécaniques ainsi que des bruit de mesures) caractérisé par un ensemble d'ordres cycliques D3 ( 52'(f) VOioe2 ) , l'ensemble des ordres cycliques 5 du filtre satisfait à : 5-e c Anc2 100671 Ainsi, dans un mode de réalisation, la présente invention nécessite la présence d'au moins un ordre cyclique de la pièce mécanique 3 qui n'est pas partagé avec le bruit, i.e., cardIA O. Cette condition assure I' incohérence cyclique angulaire entre S t ) et n t ) pour les ordres cycliques ajeAnI. Cela implique que leur « corrélation spectrale croisée en ordre-fréquence » défini comme : se,'' ( f).ivin*ElgIti_ fis (r),v/f(r) f r,f} Jr _ di( (r)exp (1a,(3(t)).\if .(t)if rp4 est nulle sur les ordres cycliques inclus dans An2: sasni ( f ) = seri f ) =0 VakeAnS [0068] Dans le domaine temporal, le signal vibro-acoustique t ) émis par la pièce mécanique 3 est estimé par l'équation: g (t) = . + h (t , u )x(u)du K ) 1+0:ahk(t-u)(e ILIke(u)x(u))du akCil vK =1 h k(t) 0-) k akell où Q représente l'opérateur de convolution linéaire invariant dans le temps et X (t ) e-jne(u1x(u). La version fréquentielle de cette équation s'écrit a k comme: (f) ak(f) akcH où S. f) et Xa k ( f ) sont respectivement les transformés de Fourier de t ) et 14 Xak(t) ctrik(f) est la réponse fréquentielle du filtre hk(0. 100691 Dans un mode de réalisation, l'estimation (ou l'extraction) optimale du signal vibro- acoustique s t) émis par la pièce mécanique 3 revient à filtrer le signal mesuré x (t) par un filtre optimal, h (t, u), qui minimise l'erreur quadratique de l'estimation, i.e., 2 . h (t, u) aramin E{ s(t)-( t) fi Ce probléme peut être reformulé plus précisément comme suit : t {ii,(t)} argmin IE{ s(t) -"t) ii "} 1E11, 100701 Dans un mode de réalisation particulier, afin de mieux pondérer les erreurs en grandes vitesse, on propose l'utilisation d'une solution au sens de moindres carrées pondérées par f (t)/ f Ainsi, la solution s'écrit comme: f r e I V t Ii(j(t)} ar g rn n E. (t) Il (0 -:s.'(t)11 r e f argmin II s(t) (t)Ir .(t)11-1 argmin EL II s (t) où,'§'(t),,s(t).\/frer(t)/ f Keret (t) -S\(t)ifref(t) Get, , fref(t) désignant la fréquence de rotation instantanée de l'arbre de référence lié à la pièce mécanique 3, et f rer désignant la fréquence de rotation moyenne de l'arbre de référence. [0071] Pour faciliter l'évaluation des coefficients du filtre, cette solution peut être écrite d'une manière équivalente dans le domaine de Fourier comme: V f i(f)} =argmin e K} l'équivalence entre la minimisation temporelle et la minimisation fréquentielle étant assurée par le théorème de Parscval. [0072] Le filtre optimal est obtenu en mettant la fonction objective à zéro: V f E{ S(f) X (f) k = Grk k 100731 Développant le terme à l'interieur de l'espérance, on obtient : ' =1 kak(f)Hk(r) E a (f)X (filHk EVa (f)S'ifil J EVai(f)()((f)-5r(f))} EV: j(f)X(f)} (f)11} [0074] Or, E 07U1} = Eff (f).1q, = ( ( f rery71:_dx(t)exP Pa.,0(t))vif.s(r)lf V a , Fg-9=A ..93 parce que le signal d'intérêt s (t ) et le bruit n ) sont cycliquement incohérents sur l'ensemble des ordres cycliques du signal non partagé avec le bruit : A n 13. [0075] On rappelle à ce stade la définition du spectre cyclique croisé : Sx (12)=EIY(f)X'(f)} où Y ( t ) et X ( f ) sont respectivement les transformées de Fourrier des signaux y (t) et x ). Tenant cela en compte, la solution du problème d'optimisation peut s'exprimer comme suit : V f; V j =1...K (f)Hk(f) (f) X a X0 [0076] En désignant par H ( f) = [ H1 ( f ), , K (f )ITE CK le vecteur comprenant les coefficients du filtre, la solution s'écrit sous forme matricielle comme : H(f) = t'(f)b(f) (f), -,S MIT e -coekx0 (f) et ce-1 f ) son pseudo- in, n (n= é a fié inverse. Comme mentionné précédemment, f(t),/ et Ro(t) =X(t) I e f ref k(t) = x(t) expOtkekk re r f f(t)/ef , K. 100771 Conformément à l'invention, le module de détermination SC du dispositif de sur- veillance 5 évalue les K coefficients notés H k(f), k=1,...,K du filtre dans le domaine fréquentiel (étape E30). 100781 La figure 5 représente plus en détail la façon dont les coefficients Hk(n, V f oùb(f) = [S £(f) e ec K: 16 du filtre sont déterminés par le module de détermination SC. [0079] Plus spécifiquement, le module de détermination SC du dispositif de surveillance 5 évalue, via son premier module d'évaluation 50, une matrice carrée L f) dont chaque élément L n m et n désignant deux entiers compris entre 1 et K, est égal au spectre cyclique croisé de signaux noté 5 (f) de signaux a n2: X n (t) et grn ) dérivés du signal vibro-acoustique X ( t ) (étape E31). oc Les signaux g ( t ) et gi ( t ) sont définis de la façon suivante : y,oc Îf '(0 (t) = x( )exp ( -jan& (t)),4ir gm (t) =g WexP ( -Ja me (t) )iie où a n et a in désignent des ordres cycliques associées à la pièce mécanique 3, e (t) désigne l'angle de rotation de la pièce mécanique 3, f ( t \ désigne la r& / fréquence de rotation instantanée de l'arbre de référence, et f désigne la fréquence ref de rotation moyenne de l'arbre de référence. [0080] Puis, le module d'inversion 5C3 évalue la matrice inverse de la matrice carrée L(f), notée L -1( f ), de façon connue en soi (étape E32). Il peut à cet effet, calculer la matrice pseudo-inverse de la matrice L (f) pour parer le cas où L(f) n'est pas inversible. [0081] Par ailleurs, le module de détermination 5C, par l'intermédiaire de son second module d'évaluation 5C2, évalue un vecteur b (f) dont chaque élément bi(f), i désignant un entier compris entre 1 et K. est égal au spectre cyclique croisé d'un signal sai(t)=x(t)exp - a t if ,(11/ et du signal If (t) ^ ,JJJ ! n't` Ro(t)X(t) ; , a i 1rer i désignant un ordre cyclique associé à la pièce mécanique 3 (étape E33). [0082] Le module de calcul 5C4 du dispositif de surveillance 5 calcule alors le produit de la matrice inverse L -1 f) et du vecteur b ( f) et obtient les coefficients du filtre dans le domaine fréquentiel (étape E34), soit : 11-(f)=11-11(f) 112(f)..-- lidni =L (f) b(f) ref 17 [0083] En référence à la figure 3, une fois les coefficients Hk(n, k=1,...,K du filtre dé- terminés par le module de détermination 5C, le module (l'estimation 5B du dispositif de surveillance 5 estime la contribution vibro-acoustique de la pièce mécanique 3 comprise dans le signal x ( t) en filtrant ce signal au moyen du filtre de ainsi défini (étape E40). Dans le mode de réalisation décrit ici, le module d'estimation 5B réalise ce filtrage dans le domaine fréquentiel en appliquant la relation : s(f) aa aK (f) H (f).... H (f)][Xt(f) S.2(f) K(f)]T où T désigne l'opérateur de transposition, désigne la transformée de Fourier de l'estimation t) de la contribution vibro-acoustique s(t) de la pièce mécanique 3, et XI ( f ) pour 1=1,... K désigne la transformée de Fourier du signal Xj(t) -x(t)exp (- 21 rr a it ) [0084] La contribution vibro-acoustique ainsi extraite du signal x ( t ) peut ensuite être analysée, de façon connue en soi, pour déterminer si la pièce mécanique 3 est affectée d'un défaut. [0085] Dans le mode de réalisation décrit ici, elle est fournie au module de restitution 12 du système 1 pour pouvoir être visualisée par un opérateur, apte à réaliser une inspection visuelle de cette contribution. En variante, on peut envisager une restitution auditive de la contribution vibro-acoustique de la pièce mécanique 3 à l'opérateur, via par exemple un haut-parleur du module de restitution 12. [0086] En variante, la contribution vibro-acoustique de la pièce mécanique 3 peut être fournie à un module d'analyse, apte à mettre en oeuvre une détection automatique de défauts à partir du signal vibro-acoustique qui lui est fourni. Un tel module est connu en soi et n'est pas décrit davantage ici. 18 [Revendication I] REVENDICATIONSProcédé de surveillance d'une pièce mécanique (3) en rotation associée à au moins un ordre cyclique, ledit procédé de surveillance comprenant : - une étape d'obtention (E20) d'un signal vibro-acoustique temporel ( t) acquis au moyen d'un capteur et incluant une contribution vibro- acoustique s (t) de la pièce mécanique en rotation ; - une étape d'estimation (E40) de ladite contribution s t ) de la pièce mécanique en filtrant le signal x (t) au moyen d'un filtre ; le procédé de surveillance étant caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détermination (E30), dans un domaine fréquentiel, d'un nombre entier K de coefficients du filtre, chaque coefficient correspondant à un dit ordre cyclique associé à la pièce mécanique, l'étape de détermination comprenant : - une étape d'évaluation (E31), à au moins une fréquence f, d'une matrice L (f) dont chaque élément Loi n ( f ) , m et n désignant deux entiers compris entre 1 et K, est égal au spectre cyclique croisé de signaux (t) /1 et nop-x(t)exp (- jane(t)) ^ uf «\/ ref o moyenne de l'arbre de référence; - un second module d'évaluation (5C2), configuré pour évaluer à ladite au moins une fréquence f, un vecteur b f ) dont chaque élément b (f) , i désignant un entier compris entre 1 et K, est égal au spectre cyclique croisé d'un signal x0( t) x t ty ,t( - (,(t)-x(ilexp - signal t) ,\, ' ( a10 t ref( ,i- fret désignant un ordre fief et du cyclique associé à la pièce mécanique ; les K coefficients du filtre étant déterminés par le module de déter- 21 [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] [Revendication 12] [Revendication 13] [Revendication 14] mination (SC) à partir du produit d'une matrice inverse de la matrice L ( f) par le vecteur b ( f ) évalué à ladite au moins une fréquence f Système (1) comprenant : - un capteur (4), configuré pour acquérir un signal vibro-acoustique généré par au moins une pièce mécanique en rotation ; - un dispositif de surveillance (5) selon la revendication 8, configuré pour déterminer une contribution vibro-acoustique de la pièce mécanique en rotation à partir du signal vibro-acoustique acquis par le capteur. Système (1) selon la revendication 9 comprenant en outre un module de restitution (12) de la contribution vibre-acoustique déterminée par le dispositif de surveillance. Système (1) selon la revendication 10 dans lequel le module de restitution (12) comprend un écran et/ou un haut-parleur. Système selon l'une quelconque des revendications 9 à 11 dans lequel le capteur (4) comprend un accéléromètre (4A) ou un microphone (4B). Système de surveillance (1) selon l'une quelconque des revendications 9 à 12 dans lequel la pièce mécanique (3) en rotation est une pièce équipant un moteur à combustion ou à explosion. Système de surveillance (1) selon l'une quelconque des revendications 9 à 13 comprenant en outre un capteur (11) configuré pour mesurer la fréquence de rotation instantanée d'un arbre de référence lié à la pièce mécanique (3).