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Jun 03, 2023

Comparaison de trois complets

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 3261 (2023) Citer cet article 1385 Accès 1 Détails des métriques Altmetric La corrélation d'images numériques, la déflectométrie et l'holographie numérique font partie des

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 3261 (2023) Citer cet article

1385 Accès

1 Altmétrique

Détails des métriques

La corrélation d'images numériques, la déflectométrie et l'holographie numérique font partie des techniques de mesure optique plein champ qui ont mûri ces dernières années. Leur utilisation dans des applications vibroacoustiques suscite de plus en plus d'attention et il est nécessaire de cataloguer leurs performances afin de fournir, à une large communauté d'utilisateurs et de futurs utilisateurs potentiels, des évaluations quantitatives et qualitatives de ces trois approches. Cet article présente une comparaison expérimentale des trois méthodes optiques dans le contexte des mesures de vibrations, ainsi que des mesures de référence classiques fournies par un accéléromètre et un vibromètre laser Doppler. L'étude est réalisée sur deux structures mécaniques présentant des réponses vibratoires diverses lorsqu'elles sont soumises à un impact.

Dans de nombreux domaines, comme le transport terrestre, naval ou aérien, les vibrations structurelles sont étroitement liées à la fiabilité mécanique et aux sources de bruit. Les vibrations peuvent être générées par différents types d'excitations : mécaniques, acoustiques, aérodynamiques, magnétiques, etc. La compréhension des phénomènes vibratoires s'effectue généralement via l'analyse des réponses vibratoires opérationnelles, qui correspondent au champ vibratoire issu des excitations dans le contexte pratique. . Les réponses vibratoires opérationnelles sont utiles pour déterminer les chemins de transfert vibratoire, effectuer une analyse modale de la structure, identifier les sources d'excitation ou prédire le bruit rayonné. Par conséquent, le champ de vibration constitue la donnée d’entrée de base pour de telles applications. Dans les applications de vibration et d’acoustique structurelle, les longueurs d’onde de vibration intéressantes se situent généralement dans la plage du centimètre au mètre. Une mesure de vibration plein champ d'une surface nécessitera généralement 6 à 10 points par longueur d'onde pour garantir un échantillonnage spatial adéquat et peut donc impliquer un très grand nombre de points de données sur de grandes structures. D'un point de vue expérimental, plusieurs approches plus ou moins sophistiquées peuvent fournir des champs vibratoires.

L'accéléromètre est certainement le capteur le plus utilisé pour les mesures de vibrations dans les mondes académique et industriel en raison de sa robustesse, de sa sensibilité, de sa large bande passante et de sa plage dynamique élevée. Cependant, il ne donne que des mesures ponctuelles du champ vibratoire à l’endroit où il est fixé à la structure. Afin d'obtenir une collection de points de données vibratoires, il est donc nécessaire de répéter la mesure en déplaçant le capteur, ou d'augmenter le nombre de capteurs tout en augmentant la complexité globale de la configuration. De plus, le comportement de la structure peut être modifié localement par la masse supplémentaire de l'accéléromètre et l'amortissement supplémentaire du câble attaché. Dans la majorité des applications, la masse de l'accéléromètre est choisie de telle sorte que la structure souffre d'une perturbation suffisamment faible. Néanmoins, les accéléromètres sont toujours intrusifs et encore plus dans le cas de structures légères.

Les progrès significatifs de la technologie et de l'instrumentation laser ont conduit au développement de mesures sans contact avec la vibrométrie laser Doppler (LDV). Le principe de base est le décalage de fréquence Doppler de la fréquence laser réfléchie dû au mouvement de la surface mesurée. Le vibromètre laser Doppler fournit donc des mesures de vitesse dans la direction du faisceau1,2,3,4. L'intérêt principal du vibromètre laser est de mesurer le champ vibratoire sans aucun contact et sans aucune intrusion à la surface de la structure. De plus, le développement du vibromètre Doppler laser à balayage ajoute la possibilité d'obtenir une collection de points de données sur la surface inspectée5,6,7,8. A cet égard, des travaux antérieurs ont rapporté le balayage de 256 points le long d'une ligne jusqu'à 80 kHz5,6, l'utilisation d'éléments optiques holographiques associés à un capteur CMOS (vibration mesurée jusqu'à 100 kHz7), l'utilisation du multiplexage en fréquence (20 points avec \(5 \times 4\) faisceaux8), ou l'utilisation de trois dispositifs acousto-optiques et d'un seul photodétecteur à grande vitesse (\(5 \times 4\) faisceaux avec une cadence de 500 Méchantillons/s9). Bien que ces approches donnent un ensemble de mesures indépendantes en plusieurs points de la surface, le nombre de mesures simultanées reste limité. Afin d'acquérir la réponse vibratoire en de nombreux points, la vibrométrie laser Doppler nécessite une répétition de la mesure, et donc l'utilisation de sources d'excitation contrôlées et répétables. Diverses évolutions ont vu le jour ces dernières années, comme l'extension 3D du vibromètre Doppler laser à balayage afin de mesurer l'ensemble des 3 composantes du champ vibratoire, avec couplage possible avec un bras robotisé10. De tels outils sont très puissants pour l’analyse vibratoire de structures complexes, mais ils sont coûteux.