ISO 13373-2:2016
(Main)Condition monitoring and diagnostics of machines — Vibration condition monitoring — Part 2: Processing, analysis and presentation of vibration data
Condition monitoring and diagnostics of machines — Vibration condition monitoring — Part 2: Processing, analysis and presentation of vibration data
ISO 13373-2:2016 recommends procedures for processing and presenting vibration data and analyzing vibration signatures for the purpose of monitoring the vibration condition of rotating machinery, and performing diagnostics as appropriate. Different techniques are described for different applications. Signal enhancement techniques and analysis methods used for the investigation of particular machine dynamic phenomena are included. Many of these techniques can be applied to other machine types, including reciprocating machines. Example formats for the parameters that are commonly plotted for evaluation and diagnostic purposes are also given. ISO 13373-2:2016 is divided essentially into two basic approaches when analysing vibration signals: the time domain and the frequency domain. Some approaches to the refinement of diagnostic results, by changing the operational conditions, are also covered. ISO 13373-2:2016 includes only the most commonly used techniques for the vibration condition monitoring, analysis and diagnostics of machines. There are many other techniques used to determine the behaviour of machines that apply to more in‑depth vibration analysis and diagnostic investigations beyond the normal follow‑on to machinery condition monitoring. A detailed description of these techniques is beyond the scope of ISO 13373-2:2016, but some of these more advanced special purpose techniques are listed in Clause 5 for additional information. For specific machine types and sizes, the ISO 7919 and ISO 10816 series provide guidance for the application of broadband vibration magnitudes for condition monitoring, and other documents such as VDI 3839 provide additional information about machinery‑specific problems that can be detected when conducting vibration diagnostics.
Surveillance et diagnostic d'état des machines — Surveillance des vibrations — Partie 2: Traitement, analyse et présentation des données vibratoires
ISO 13373-2:2016 spécifie des procédures recommandées pour le traitement et la présentation des données vibratoires et l'analyse des signatures vibratoires aux fins de surveillance des vibrations des machines tournantes et la réalisation de diagnostics, le cas échéant. Elle décrit différentes techniques en fonction des diverses applications. Elle présente par ailleurs des techniques d'amélioration des signaux et des méthodes d'analyse destinées à l'étude des phénomènes dynamiques de machines spécifiques. Plusieurs de ces techniques peuvent être appliquées à d'autres types de machines, y compris les machines alternatives. Elle donne en outre des exemples de formats pour des paramètres communément représentés aux fins d'évaluation et de diagnostic. ISO 13373-2:2016 est essentiellement fondée sur deux principes de base pour l'analyse des signaux de vibration: le domaine temporel et le domaine fréquentiel. Certaines méthodes d'affinement des résultats du diagnostic par variation des conditions de fonctionnement sont également couvertes. ISO 13373-2:2016 ne présente que les techniques les plus couramment utilisées pour la surveillance, l'analyse et le diagnostic des vibrations des machines. Plusieurs autres techniques sont mises en ?uvre pour la détermination du comportement des machines et sont appliquées dans des études fondées sur une analyse et un diagnostic plus approfondis des vibrations qui dépassent le cadre du simple suivi pour la surveillance des machines. Une description détaillée de ces techniques ne relève pas du domaine d'application de la présente partie de l'ISO 13373, mais l'Article 5 établit, à titre d'information complémentaire, une liste de certaines de ces techniques spécialisées et encore plus développées. Pour des machines de types et de dimensions spécifiques, les séries de normes ISO 7919 et ISO 10816 fournissent des principes directeurs pour l'application de grandeurs vibratoires à large bande destinée à la surveillance d'état des machines; d'autres documents tels que la norme VDI 3839 apportent des informations supplémentaires sur les problèmes spécifiques aux machines qui peuvent être identifiés par un diagnostic des vibrations.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13373-2
Second edition
2016-01-15
Condition monitoring and
diagnostics of machines — Vibration
condition monitoring —
Part 2:
Processing, analysis and presentation
of vibration data
Surveillance et diagnostic d’état des machines — Surveillance des
vibrations —
Partie 2: Traitement, analyse et présentation des données vibratoires
Reference number
ISO 13373-2:2016(E)
©
ISO 2016
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ISO 13373-2:2016(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
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written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below or ISO’s member body in the country of
the requester.
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ISO 13373-2:2016(E)
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Signal conditioning . 1
3.1 General . 1
3.2 Analogue and digital systems . 3
3.2.1 General. 3
3.2.2 Digitizing techniques . . 4
3.3 Signal conditioners . 4
3.3.1 General. 4
3.3.2 Integration and differentiation . 4
3.3.3 Root-mean-square vibration value . 5
3.3.4 Dynamic range . 6
3.3.5 Calibration . 6
3.4 Filtering . 7
4 Data processing and analysis . 7
4.1 General . 7
4.2 Time domain analysis . 8
4.2.1 Time wave forms. 8
4.2.2 Beating . 9
4.2.3 Modulation .10
4.2.4 Envelope analysis .11
4.2.5 Monitoring of narrow‑band frequency spectrum envelope .11
4.2.6 Shaft orbit .12
4.2.7 d.c. shaft position .12
4.2.8 Transient vibration .12
4.2.9 Impulse .13
4.2.10 Damping .14
4.2.11 Time domain averaging .16
4.3 Frequency domain analysis .17
4.3.1 General.17
4.3.2 Fourier transform .17
4.3.3 Leakage and windowing .18
4.3.4 Frequency resolution .19
4.3.5 Record length .19
4.3.6 Amplitude modulation (sidebands) .19
4.3.7 Aliasing .21
4.3.8 Synchronous sampling . .22
4.3.9 Spectrum averaging . .23
4.3.10 Logarithmic plots (with dB references) .23
4.3.11 Zoom analysis .24
4.3.12 Differentiation and integration .24
4.4 Display of results during operational changes .25
4.4.1 Amplitude and phase (Bode plot) .25
4.4.2 Polar diagram (Nyquist diagram) .26
4.4.3 Cascade (waterfall) diagram .27
4.4.4 Campbell diagram .29
4.5 Real‑time analysis and real‑time bandwidth .30
4.6 Order tracking (analogue and digital) .31
4.7 Octave and fractional‑octave analysis .31
4.8 Cepstrum analysis .31
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ISO 13373-2:2016(E)
5 Other techniques .32
Bibliography .34
iv © ISO 2016 – All rights reserved
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ISO 13373-2:2016(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical
Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword ‑ Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 108, Mechanical vibration, shock and condition
monitoring, Subcommittee SC 2, Measurement and evaluation of mechanical vibration and shock as applied
to machines, vehicles and structures.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 13373-2:2005), which has been
editorially revised.
ISO 13373 consists of the following parts, under the general title Condition monitoring and diagnostics of
machines — Vibration condition monitoring:
— Part 1: General procedures
— Part 2: Processing, analysis and presentation of vibration data
— Part 3: Guidelines for vibration diagnosis
— Part 9: Diagnostic techniques for electric motors
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ISO 13373-2:2016(E)
Introduction
The purpose of this part of ISO 13373, which covers the area of vibration condition monitoring of
machines, is to provide recommended methods and procedures for processing signals and analyzing
data obtained from vibration transducers attached to a machine at selected locations for the purpose of
monitoring the dynamic behaviour of a machine.
Broadband vibration measurements provide an overview of the severity of machine vibration that can
be observed and trended to alert machine users when an abnormal condition exists with a machine.
Processing and analyzing these vibration signals further in accordance with the procedures specified
in this part of ISO 13373 gives the user an insight into ways of diagnosing the possible cause or causes
of the machinery problems, which allows for more focused continued condition monitoring.
The advantages of such a monitoring programme are that machinery operators will not only be made
aware that a machine can fail at a certain time, and that maintenance needs to be planned prior to the
failure, but that it will provide valuable information regarding what maintenance needs to be planned
and performed. The vibrations are manifestations or symptoms of problems such as misalignment,
unbalance, accelerated wear, flow and lubrication problems.
ISO 13373-1 contains guidelines for vibration condition monitoring of machines. This part of ISO 13373,
however, contains guidelines for the processing, analysis and presentation of the vibration data thus
obtained, and that can be used for diagnostics to determine the nature or root causes of problems.
The signal processing, analysis and diagnostic procedures applied to vibration condition monitoring
can vary depending on the processes to be monitored, degree of accuracy desired, resources available,
etc. A well-conceived and implemented condition monitoring programme will include consideration
of many factors, such as process priority, criticality and complexity of the system, cost‑effectiveness,
probability of various failure mechanisms and identification of incipient failure indicators.
An appropriate process analysis needs to dictate the types of data desired to monitor the machinery
condition suitably.
The vibration analyst needs to accumulate as much pertinent information as possible about the
machine to be monitored. For example, knowing the vibration resonance frequencies and the excitation
frequencies from design and analytical information will provide an insight regarding the vibration
frequencies anticipated and, consequently, the frequency range that is to be monitored. Also, knowing
the machine’s initial condition, the machine’s operational history, and its operating conditions provides
additional information for the analyst.
Other advantages to this pre‑test planning process are that it provides guidance as to what types of
transducers are necessary, where they need to be optimally located, what kind of signal conditioning
equipment is required, what type of analysis would be most appropriate, and what are the relevant
criteria.
Further standards on the subject of machinery condition monitoring and diagnostics are in preparation.
These are intended to provide guidance on the overall monitoring of the “health” of machines, including
factors such as vibration, oil purity, thermography and performance. Basic techniques for diagnosis are
described in ISO 13373-3.
vi © ISO 2016 – All rights reserved
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 13373-2:2016(E)
Condition monitoring and diagnostics of machines —
Vibration condition monitoring —
Part 2:
Processing, analysis and presentation of vibration data
1 Scope
This part of ISO 13373 recommends procedures for processing and presenting vibration data and
analyzing vibration signatures for the purpose of monitoring the vibration condition of rotating
machinery, and performing diagnostics as appropriate. Different techniques are described for different
applications. Signal enhancement techniques and analysis methods used for the investigation of
particular machine dynamic phenomena are included. Many of these techniques can be applied to
other machine types, including reciprocating machines. Example formats for the parameters that are
commonly plotted for evaluation and diagnostic purposes are also given.
This part of ISO 13373 is divided essentially into two basic approaches when analysing vibration
signals: the time domain and the frequency domain. Some approaches to the refinement of diagnostic
results, by changing the operational conditions, are also covered.
This part of ISO 13373 includes only the most commonly used techniques for the vibration condition
monitoring, analysis and diagnostics of machines. There are many other techniques used to determine
the behaviour of machines that apply to more in‑depth vibration analysis and diagnostic investigations
beyond the normal follow‑on to machinery condition monitoring. A detailed description of these
techniques is beyond the scope of this part of ISO 13373, but some of these more advanced special
purpose techniques are listed in Clause 5 for additional information.
For specific machine types and sizes, the ISO 7919 and ISO 10816 series provide guidance for the
application of broadband vibration magnitudes for condition monitoring, and other documents such as
VDI 3839 provide additional information about machinery‑specific problems that can be detected when
conducting vibration diagnostics.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 1683, Acoustics — Preferred reference values for acoustical and vibratory levels
3 Signal conditioning
3.1 General
Virtually, all vibration measurements are obtained using a transducer that produces an analogue
electrical signal that is proportional to the instantaneous value of the vibratory acceleration, velocity
or displacement. This signal can be recorded on a dynamic system analyzer, investigated for later
analysis or displayed, for example, on an oscilloscope. To obtain the actual vibration magnitudes, the
output voltage is multiplied by a calibration factor that accounts for the transducer sensitivity and the
amplifier and recorder gains. Most vibration analysis is carried out in the frequency domain, but there
are also useful tools involving the time history of the vibration.
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ISO 13373-2:2016(E)
Figure 1 shows the relationship between the vibration signal in the time and frequency domains. In this
display, it can be noted that there are four overlapping signals that combine to make up the composite
trace as it would be seen on the analyzer screen (grey trace in the XY plane). Through the Fourier
process, the analyzer converts this composite signal into the four distinct frequency components shown.
Y
Z
X
2
1
Key
X time 1 time domain oscillogram
Y amplitude/magnitude 2 frequency domain spectrum
Z frequency
Figure 1 — Time and frequency domains
Figure 2 is a simpler example of a composite trace from a single transducer as seen on the analyzer
screen. In this case, there are only three overlapping signals, as shown in Figure 3, and their distinct
frequencies are included in Figure 4.
Y
X
Key
X time
Y amplitude
Figure 2 — Basic spectra composite signal
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ISO 13373-2:2016(E)
Y
X
Key
X time
Y amplitude
Figure 3 — Overlapping signals
Y
X
Key
X frequency
Y amplitude
Figure 4 — Distinct frequencies
For many investigations, the relationship between vibration on different structure points, or different
vibration directions, is as important as the individual vibration data themselves. For this reason,
multi‑channel signal analyzers are available with built‑in dual‑channel analysis features. When
examining signals with this technique, both the amplitude and phase relationships of the vibration
signals are important.
3.2 Analogue and digital systems
3.2.1 General
The analogue signal from a transducer can be processed using analogue or digital systems.
Traditionally, analogue systems were used that involved filters, amplifiers, recorders, integrators and
other components which modify the signal, but do not change its analogue character. More recently,
the advantages of digitizing the signals have become more and more apparent. An analogue-to-digital
converter (ADC) repeatedly samples the analogue signal and converts it to a series of numerical values.
Mathematical routines on computers can then be used to filter, integrate, find spectra (see 4.3.2),
develop histograms or do whatever is required. Of course, the digitized signal may also be plotted as a
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ISO 13373-2:2016(E)
function of time. The analogue signal, as well as the digitized one, contains the same information on the
premises of an appropriate choice of the sampling frequency.
When using either an analogue method or a digital method, it is important to know the sensitivity of
the signal to be measured. The sensitivity is the ratio of the actual output voltage value of the signal
to the actual magnitude of the parameter measured. To obtain adequate signal definition, the signal of
interest should be significantly greater than the ambient noise levels, but not so large that the signal is
distorted (e.g. so that the peaks of the signal are clipped).
3.2.2 Digitizing techniques
The most important parameters in the digitizing process are the sampling rate and the resolution. It
is important to ensure that no frequencies are present above half the sampling rate. Otherwise, time
histories will be distorted or fast Fourier transforms (FFT) will show aliasing components that do not
really exist (see 4.3.7 for further information about aliasing). The sampling rate will be determined
by the type of analysis to be performed and the anticipated frequency content of the signal. If a plot
of vibration versus time is desired, it is recommended that the sampling rate be of about 10 times
the highest frequency of interest in the signal. However, if a frequency spectrum is desired, an FFT
calculation requires that the sampling rate needs to be greater than two times the highest frequency
of interest to be measured. Anti‑aliasing filters are used to eliminate any high‑frequency noise or other
high‑frequency components that are above half the sampling rate. When digitizing, the number of bits
used to represent each sample shall be sufficient to provide the required accuracy.
3.3 Signal conditioners
3.3.1 General
The vibration signals from transducers usually require some sort of signal conditioning before they are
recorded in order to obtain proper voltage levels for recording, or to eliminate noise or other unwanted
components. Signal conditioning equipment includes transducer power supplies, pre‑amplifiers,
amplifiers, integrators and many types of filters. Filtering is discussed further in 3.4.
3.3.2 Integration and differentiation
Vibration records can be in terms of displacement, velocity or acceleration. Usually, one of the
parameters is preferred because of the frequency range of interest (low‑frequency signals are more
apparent when using displacement, and high‑frequency signals are more apparent when using
acceleration) or because of the applicable criteria. A vibration signal can be converted to a different
quantity by means of integration or differentiation. Integrating acceleration with respect to time gives
velocity, and integrating velocity gives displacement. Double integration of acceleration will produce
displacement directly. Differentiation does the opposite of integration.
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ISO 13373-2:2016(E)
Mathematically, for harmonic motion, the following relationships apply:
displacement:
i 1
xv=dta=dttd=−−va= (1)
()
∫∫∫
2
ω
ω
velocity:
dx i
v = =dat =iωxa=− (2)
∫
dt ω
acceleration:
2
dv d x
2
a = = ==−ωωxvi (3)
2
dt
dt
where ω is the angular frequency of the harmonic vibration with ω = 2πf.
NOTE See also 4.3.12.
A common vibration transducer is the accelerometer, so integration is much more common than
differentiation. This is fortunate since differentiation of a signal is more difficult than integration, but
special care shall be taken when integrating signals at low frequencies. A high‑pass filter should be
used to eliminate frequencies lower than those of interest before integrating.
3.3.3 Root-mean-square vibration value
The root‑mean‑square (r.m.s.) value of the vibration signal is commonly used in vibration evaluation
standards. Criteria often apply to r.m.s. vibration values within a certain frequency range. This is the
most used quantity of vibration over a given time period. Other measures of a vibration signal can be
confusing when there are many frequency components, or when there is modulation, etc. However,
the r.m.s. value is a mathematical quantity that can be found for any signal, and most instruments are
designed to find that quantity (see Figure 5). Alternatively, the r.m.s. value can be found by using a
spectrum analyzer, by integrating the spectrum between the upper and lower frequencies of interest.
A vibration signal may be filtered as required and displayed on an r.m.s. meter if the reading does not
change significantly in a short time period. However, if the indicated output varies significantly, an
average over a certain period of time shall be obtained. This can be done with an instrument that has a
longer time constant.
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ISO 13373-2:2016(E)
2
1
a) Sinusoidal signal where the r.m.s. value equals 0,707 times the peak value
12
b) Non-sinusoidal signal
Key
1 peak value
2 r.m.s. value
Figure 5 — Peak and r.m.s. values
3.3.4 Dynamic range
The dynamic range is the ratio between the largest and smallest magnitude signals that a particular
analyzer can accommodate simultaneously. The magnitudes of the signals are proportional to the
output voltages of the transducers, usually in millivolts.
The dynamic range in analogue systems is usually limited by electrical noise. This is usually not a
concern with respect to the transducer itself, but filters, amplifiers, recorders, etc., all add to the noise
level, and the result can be surprisingly high.
In digital systems, the dynamic range is dependent on the sampling accuracy, and the sampling rate shall
be adequate for the frequencies of concern. The relationship between the number of bits, N, used to sample
an analogue signal and the dynamic range D, in decibels, (if one bit is used for the sign) is as follows:
6 (N − 1) = D (4)
Therefore, a dynamic signal analyzer (DSA) with 16 bits of resolution will have a dynamic range of
90 dB, but any inaccuracies will reduce the dynamic range.
3.3.5 Calibration
The calibration of individual transducers is well covered in the referenced documents (e.g. ISO 16063-21),
and is usually carried out in the laboratory before their use in situ. It is recommended, however, that a
calibration check be carried out for any field installation. The field calibration check normally does not
include the calibration of the transducer, but does include the rest of the me
...
FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 13373-2
ISO/TC 108/SC 2
Condition monitoring and diagnostics
Secretariat: DIN
of machines — Vibration condition
Voting begins
on: 2015-09-29 monitoring —
Voting terminates
Part 2:
on: 2015-11-29
Processing, analysis and presentation
of vibration data
Surveillance et diagnostic d’état des machines — Surveillance des
vibrations —
Partie 2: Traitement, analyse et présentation des données vibratoires
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO
SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION
OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPOR TING
DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO-
ISO/FDIS 13373-2:2015(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN-
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
©
NATIONAL REGULATIONS. ISO 2015
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ISO/FDIS 13373-2:2015(E)
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Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Signal conditioning . 1
3.1 General . 1
3.2 Analog and digital systems . 3
3.2.1 General. 3
3.2.2 Digitizing techniques . . 4
3.3 Signal conditioners . 4
3.3.1 General. 4
3.3.2 Integration and differentiation . 4
3.3.3 Root-mean-square vibration value . 5
3.3.4 Dynamic range . 6
3.3.5 Calibration . 6
3.4 Filtering . 7
4 Data processing and analysis . 7
4.1 General . 7
4.2 Time domain analysis . 8
4.2.1 Time wave forms. 8
4.2.2 Beating . 9
4.2.3 Modulation .10
4.2.4 Envelope analysis .11
4.2.5 Monitoring of of narrow‑band frequency spectrum envelope .11
4.2.6 Shaft orbit .12
4.2.7 D.c. shaft position .12
4.2.8 Transient vibration .12
4.2.9 Impulse .13
4.2.10 Damping .14
4.2.11 Time domain averaging .16
4.3 Frequency domain analysis .17
4.3.1 General.17
4.3.2 Fourier transform .17
4.3.3 Leakage and windowing .18
4.3.4 Frequency resolution .19
4.3.5 Record length .19
4.3.6 Amplitude modulation (sidebands) .19
4.3.7 Aliasing .21
4.3.8 Synchronous sampling . .22
4.3.9 Spectrum averaging . .23
4.3.10 Logarithmic plots (with dB references) .23
4.3.11 Zoom analysis .24
4.3.12 Differentiation and integration .24
4.4 Display of results during operational changes .25
4.4.1 Amplitude and phase (Bode plot) .25
4.4.2 Polar diagram (Nyquist diagram) .26
4.4.3 Cascade (waterfall) diagram .27
4.4.4 Campbell diagram .29
4.5 Real‑time analysis and real‑time bandwidth .30
4.6 Order tracking (analog and digital) .31
4.7 Octave and fractional‑octave analysis .31
4.8 Cepstrum analysis .31
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5 Other techniques .32
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ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
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For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical
Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword ‑ Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 108, Mechanical vibration, shock and condition
monitoring, Subcommittee SC 2, Measurement and evaluation of mechanical vibration and shock as applied
to machines, vehicles and structures.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 13373‑2:2005), which has been
technically revised.
ISO 13373 consists of the following parts, under the general title Condition monitoring and diagnostics of
machines — Vibration condition monitoring:
— Part 1: General procedures
— Part 2: Processing, analysis and presentation of vibration data
— Part 3: Guidelines for vibration diagnosis
— Part 9: Diagnostic techniques for electric motors
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ISO/FDIS 13373-2:2015(E)
Introduction
The purpose of this part of ISO 13373, which covers the area of vibration condition monitoring of
machines, is to provide recommended methods and procedures for processing signals and analyzing
data obtained from vibration transducers attached to a machine at selected locations for the purpose of
monitoring the dynamic behaviour of a machine.
Broadband vibration measurements provide an overview of the severity of machine vibration that can
be observed and trended to alert machine users when an abnormal condition exists with a machine.
Processing and analyzing these vibration signals further in accordance with the procedures specified
in this part of ISO 13373 gives the user an insight into ways of diagnosing the possible cause or causes
of the machinery problems, which allows for more focused continued condition monitoring.
The advantages of such a monitoring programme are that machinery operators will not only be made
aware that a machine can fail at a certain time, and that maintenance has to be planned prior to the
failure, but it will provide valuable information regarding what maintenance has to be planned and
performed. The vibrations are manifestations or symptoms of problems such as misalignment,
unbalance, accelerated wear, flow and lubrication problems.
ISO 13373-1 contains guidelines for vibration condition monitoring of machines. This part of ISO 13373,
however, contains guidelines for the processing, analysis and presentation of the vibration data thus
obtained, and that can be used for diagnostics to determine the nature or root causes of problems.
The signal processing, analysis and diagnostic procedures applied to vibration condition monitoring
can vary depending on the processes to be monitored, degree of accuracy desired, resources available,
etc. A well-conceived and implemented condition monitoring programme will include consideration
of many factors, such as process priority, criticality and complexity of the system, cost‑effectiveness,
probability of various failure mechanisms and identification of incipient failure indicators.
An appropriate process analysis needs to dictate the types of data desired to monitor the machinery
condition suitably.
The vibration analyst needs to accumulate as much pertinent information as possible about the
machine to be monitored. For example, knowing the vibration resonance frequencies and the excitation
frequencies from design and analytical information will provide an insight regarding the vibration
frequencies anticipated and, consequently, the frequency range that is to be monitored. Also, knowing
the machine’s initial condition, the machine’s operational history, and its operating conditions provides
additional information for the analyst.
Other advantages to this pre‑test planning process are that it provides guidance as to what types of
transducers are needed, where they have to optimally be located, what kind of signal conditioning
equipment is required, what type of analysis would be most appropriate, and what are the relevant
criteria.
Further standards on the subject of machinery condition monitoring and diagnostics are in preparation.
These are intended to provide guidance on the overall monitoring of the “health” of machines, including
factors such as vibration, oil purity, thermography and performance. Basic techniques for diagnosis are
described in ISO 13373-3.
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FINAL DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/FDIS 13373-2:2015(E)
Condition monitoring and diagnostics of machines —
Vibration condition monitoring —
Part 2:
Processing, analysis and presentation of vibration data
1 Scope
This part of ISO 13373 recommends procedures for processing and presenting vibration data and
analyzing vibration signatures for the purpose of monitoring the vibration condition of rotating
machinery, and performing diagnostics as appropriate. Different techniques are described for different
applications. Signal enhancement techniques and analysis methods used for the investigation of
particular machine dynamic phenomena are included. Many of these techniques can be applied to
other machine types, including reciprocating machines. Example formats for the parameters that are
commonly plotted for evaluation and diagnostic purposes are also given.
This part of ISO 13373 is divided essentially into two basic approaches when analysing vibration
signals: the time domain and the frequency domain. Some approaches to the refinement of diagnostic
results, by changing the operational conditions, are also covered.
This part of ISO 13373 includes only the most commonly used techniques for the vibration condition
monitoring, analysis and diagnostics of machines. There are many other techniques used to determine
the behaviour of machines that apply to more in‑depth vibration analysis and diagnostic investigations
beyond the normal follow‑on to machinery condition monitoring. A detailed description of these
techniques is beyond the scope of this part of ISO 13373, but some of these more advanced special
purpose techniques are listed in Clause 5 for additional information.
For specific machine types and sizes, the ISO 7919 and ISO 10816 series provide guidance for the
application of broadband vibration magnitudes for condition monitoring, and other documents such as
VDI 3839 provide additional information about machinery‑specific problems that can be detected when
conducting vibration diagnostics.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 1683, Acoustics — Preferred reference values for acoustical and vibratory levels
3 Signal conditioning
3.1 General
Virtually, all vibration measurements are obtained using a transducer that produces an analog
electrical signal that is proportional to the instantaneous value of the vibratory acceleration, velocity
or displacement. This signal can be recorded on a dynamic system analyzer, investigated for later
analysis or displayed, for example, on an oscilloscope. To obtain the actual vibration magnitudes, the
output voltage is multiplied by a calibration factor that accounts for the transducer sensitivity and the
amplifier and recorder gains. Most vibration analysis is carried out in the frequency domain, but there
are also useful tools involving the time history of the vibration.
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ISO/FDIS 13373-2:2015(E)
Figure 1 shows the relationship between the vibration signal in the time and frequency domains. In this
display, it can be noted that there are four overlapping signals that combine to make up the composite
trace as it would be seen on the analyzer screen (grey trace in the XY plane). Through the Fourier
process, the analyzer converts this composite signal into the four distinct frequency components
shown.
Y
X Z
2
1
Key
X time 1 time domain oscillogram
Y amplitude/magnitude 2 frequency domain spectrum
Z frequency
Figure 1 — Time and frequency domains
Figure 2 is a simpler example of a composite trace from a single transducer as seen on the analyzer
screen. In this case, there are only three overlapping signals, as shown in Figure 3, and their distinct
frequencies are included in Figure 4.
Y
X
Key
X time
Y amplitude
Figure 2 — Basic spectra composite signal
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ISO/FDIS 13373-2:2015(E)
Y
X
Key
X time
Y amplitude
Figure 3 — Overlapping signals
Y
X
Key
X frequency
Y amplitude
Figure 4 — Distinct frequencies
For many investigations, the relationship between vibration on different structure points, or different
vibration directions, is as important as the individual vibration data themselves. For this reason,
multi‑channel signal analyzers are available with built‑in dual‑channel analysis features. When
examining signals with this technique, both the amplitude and phase relationships of the vibration
signals are important.
3.2 Analog and digital systems
3.2.1 General
The analog signal from a transducer can be processed using analog or digital systems. Traditionally,
analog systems were used that involved filters, amplifiers, recorders, integrators and other components
which modify the signal, but do not change its analog character. More recently, the advantages of
digitizing the signals have become more and more apparent. An analog-to-digital converter (ADC)
repeatedly samples the analog signal and converts it to a series of numerical values. Mathematical
routines on computers can then be used to filter, integrate, find spectra (see 4.3.2), develop histograms
or do whatever is required. Of course, the digitized signal may also be plotted as a function of time.
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ISO/FDIS 13373-2:2015(E)
The analog signal, as well as the digitized one, contains the same information on the premises of an
appropriate choice of the sampling frequency.
When using either an analog method or a digital method, it is important to know the sensitivity of the
signal to be measured. The sensitivity is the ratio of the actual output voltage value of the signal to
the actual magnitude of the parameter measured. To obtain adequate signal definition, the signal of
interest should be significantly greater than the ambient noise levels, but not so large that the signal is
distorted (e.g. so that the peaks of the signal are clipped).
3.2.2 Digitizing techniques
The most important parameters in the digitizing process are the sampling rate and the resolution. It
is important to ensure that no frequencies are present above half the sampling rate. Otherwise, time
histories will be distorted or fast Fourier transforms (FFT) will show aliasing components that do not
really exist (see 4.3.7 for further information about aliasing). The sampling rate will be determined
by the type of analysis to be performed and the anticipated frequency content of the signal. If a plot
of vibration versus time is desired, it is recommended that the sampling rate be of about 10 times
the highest frequency of interest in the signal. However, if a frequency spectrum is desired, an FFT
calculation requires that the sampling rate needs to be greater than two times the highest frequency
of interest to be measured. Anti‑aliasing filters are used to eliminate any high‑frequency noise or other
high‑frequency components that are above half the sampling rate. When digitizing, the number of bits
used to represent each sample shall be sufficient to provide the required accuracy.
3.3 Signal conditioners
3.3.1 General
The vibration signals from transducers usually require some sort of signal conditioning before they are
recorded in order to obtain proper voltage levels for recording, or to eliminate noise or other unwanted
components. Signal conditioning equipment includes transducer power supplies, pre‑amplifiers,
amplifiers, integrators and many types of filters. Filtering is discussed further in 3.4.
3.3.2 Integration and differentiation
Vibration records can be in terms of displacement, velocity or acceleration. Usually, one of the
parameters is preferred because of the frequency range of interest (low‑frequency signals are more
apparent when using displacement, and high‑frequency signals are more apparent when using
acceleration) or because of the applicable criteria. A vibration signal can be converted to a different
quantity by means of integration or differentiation. Integrating acceleration with respect to time gives
velocity, and integrating velocity gives displacement. Double integration of acceleration will produce
displacement directly. Differentiation does the opposite of integration.
Mathematically, for harmonic motion, the following relationships apply:
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ISO/FDIS 13373-2:2015(E)
displacement:
i 1
xv=dta=dttd=−−va= (1)
()
∫∫∫
2
ω
ω
velocity:
dx i
v = =dat =iωxa=− (2)
∫
dt ω
acceleration:
2
dv d x
2
a = = ==−ωωxvi (3)
2
dt
dt
where ω is the angular frequency of the harmonic vibration with ω = 2πf.
NOTE See also 4.3.12.
A common vibration transducer is the accelerometer, so integration is much more common than
differentiation. This is fortunate since differentiation of a signal is more difficult than integration, but
special care shall be taken when integrating signals at low frequencies. A high‑pass filter should be
used to eliminate frequencies lower than those of interest before integrating.
3.3.3 Root-mean-square vibration value
The root‑mean‑square (r.m.s.) value of the vibration signal is commonly used in vibration evaluation
standards. Criteria often apply to r.m.s. vibration values within a certain frequency range. This is the
most used quantity of vibration over a given time period. Other measures of a vibration signal can be
confusing when there are many frequency components, or when there is modulation, etc. However,
the r.m.s. value is a mathematical quantity that can be found for any signal, and most instruments are
designed to find that quantity (see Figure 5). Alternatively, the r.m.s. value can be found by using a
spectrum analyzer, by integrating the spectrum between the upper and lower frequencies of interest.
A vibration signal may be filtered as required and displayed on an r.m.s. meter if the reading does not
change significantly in a short time period. However, if the indicated output varies significantly, an
average over a certain period of time shall be obtained. This can be done with an instrument that has a
longer time constant.
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ISO/FDIS 13373-2:2015(E)
2
1
a) Sinusoidal signal where the r.m.s. value equals 0,707 times the peak value
12
b) Non-sinusoidal signal
Key
1 peak value
2 r.m.s. value
Figure 5 — Peak and r.m.s. values
3.3.4 Dynamic range
The dynamic range is the ratio between the largest and smallest magnitude signals that a particular
analyzer can accommodate simultaneously. The magnitudes of the signals are proportional to the
output voltages of the transducers, usually in millivolts.
The dynamic range in analog systems is usually limited by electrical noise. This is usually not a concern
with respect to the transducer itself, but filters, amplifiers, recorders, etc., all add to the noise level, and
the result can be surprisingly high.
In digital systems, the dynamic range is dependent on the sampling accuracy, and the sampling rate
shall be adequate for the frequencies of concern. The relationship between the number of bits, N, used
to sample an analog signal and the dynamic range D (if one bit is used for the sign) is as follows:
6
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 13373-2
Deuxième édition
2016-01-15
Surveillance et diagnostic d’état
des machines — Surveillance des
vibrations —
Partie 2:
Traitement, analyse et présentation
des données vibratoires
Condition monitoring and diagnostics of machines — Vibration
condition monitoring —
Part 2: Processing, analysis and presentation of vibration data
Numéro de référence
ISO 13373-2:2016(F)
©
ISO 2016
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ISO 13373-2:2016(F)
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Conditionnement des signaux . 1
3.1 Généralités . 1
3.2 Systèmes analogiques et numériques . 4
3.2.1 Généralités . 4
3.2.2 Techniques de numérisation . 4
3.3 Systèmes de conditionnement des signaux . 5
3.3.1 Généralités . 5
3.3.2 Intégration et dérivation . 5
3.3.3 Valeur quadratique moyenne (efficace) du signal de vibration . 6
3.3.4 Gamme dynamique . 6
3.3.5 Étalonnage . 7
3.4 Filtrage . 7
4 Traitement et analyse des données . 8
4.1 Généralités . 8
4.2 Analyse dans le domaine temporel. 8
4.2.1 Signal temporel . 8
4.2.2 Battement.10
4.2.3 Modulation .11
4.2.4 Analyse de l’enveloppe .11
4.2.5 Surveillance de l’enveloppe du spectre de fréquences à bande étroite .12
4.2.6 Orbite d’arbre .12
4.2.7 Signal continu de position de l’arbre .13
4.2.8 Vibration durant les transitoires.13
4.2.9 Impulsion .14
4.2.10 Amortissement .15
4.2.11 Moyennage dans le domaine temporel .17
4.3 Analyse dans le domaine fréquentiel .18
4.3.1 Généralités .18
4.3.2 Transformée de Fourier .19
4.3.3 Troncature et fenêtrage .20
4.3.4 Pouvoir de résolution en fréquence .20
4.3.5 Longueur d’enregistrement .21
4.3.6 Modulation en amplitude (bandes latérales) .21
4.3.7 Repliement .23
4.3.8 Échantillonnage synchrone .24
4.3.9 Moyennage du spectre .25
4.3.10 Tracés logarithmiques (avec valeurs de référence en décibels) .25
4.3.11 Analyse en mode zoom .26
4.3.12 Dérivation et intégration .27
4.4 Affichage des résultats au cours des changements opérationnels .28
4.4.1 Amplitude et phase (diagramme de Bode) .28
4.4.2 Diagramme polaire (diagramme de Nyquist) .29
4.4.3 Diagramme en cascade .30
4.4.4 Diagramme de Campbell .32
4.5 Analyse en temps réel et bande passante en temps réel .33
4.6 Suivi d’ordres (analogiques et numériques) .34
4.7 Analyse par bande d’octave et par fraction d’octave .34
4.8 Analyse par la méthode du cepstre .35
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ISO 13373-2:2016(F)
5 Autres techniques .36
Bibliographie .37
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ISO 13373-2:2016(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer
un engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à
l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes
de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —
Informations supplémentaires.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques,
et leur surveillance, sous-comité SC 2, Mesure et évaluation des vibrations et chocs mécaniques intéressant
les machines, les véhicules et les structures.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 13373-2:2005), qui a fait l’objet
d’une révision d’ordre rédactionnel.
L’ISO 13373 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Surveillance et diagnostic
d’état des machines — Surveillance des vibrations:
— Partie 1: Procédures générales
— Partie 2: Traitement, analyse et présentation des données vibratoires
— Partie 3: Lignes directrices pour le diagnostic des vibrations
— Partie 9: Techniques de diagnostic pour moteurs électriques
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ISO 13373-2:2016(F)
Introduction
Le but de la présente partie de l’ISO 13373, qui traite de la surveillance des vibrations des machines,
est de fournir des recommandations relatives aux méthodes et procédures de traitement des signaux
et d’analyse des données délivrées par les capteurs de vibrations associés à une machine et implantés à
des emplacements choisis pour les besoins de surveillance du comportement dynamique d’une machine.
Les mesurages des vibrations à large bande donnent une idée générale sur l’intensité des vibrations
d’une machine qui peut être relevée et affichée afin d’alerter les utilisateurs d’une machine en cas
d’apparition d’une condition anormale au niveau de la machine. Le traitement et l’analyse de ces signaux
de vibration réalisés conformément aux procédures spécifiées dans la présente partie de l’ISO 13373
donnent à l’utilisateur un aperçu sur les moyens permettant de diagnostiquer la ou les causes possibles
des problèmes affectant les machines, ce qui permet une surveillance plus ciblée et continue de celles-ci.
Un tel programme de surveillance ne présente pas seulement l’avantage d’attirer l’attention des
opérateurs des machines sur le fait qu’une machine peut connaître une défaillance à un certain moment
et qu’il est nécessaire de planifier l’entretien et la maintenance avant l’apparition de la défaillance, mais
il fournit également de précieuses informations sur la nature de la maintenance qu’il est nécessaire
de planifier et d’exécuter. Les vibrations sont des manifestations ou des signes avant-coureurs de
problèmes tels que le défaut d’alignement, le balourd, l’usure accélérée, le fluage et les problèmes de
lubrification.
L’ISO 13373-1 fournit des lignes directrices en matière de surveillance des vibrations des machines.
La présente partie de l’ISO 13373 contient cependant des lignes directrices relatives au traitement, à
l’analyse et à la présentation des données vibratoires ainsi recueillies et qui peuvent être utilisées aux
fins de diagnostic pour déterminer la nature ou les causes profondes des problèmes.
Les procédures de traitement, d’analyse et de diagnostic des signaux, appliquées à la surveillance des
vibrations, peuvent varier en fonction des processus à surveiller, du degré de précision souhaité, des
ressources disponibles, etc. Un programme de surveillance parfaitement conçu et bien exécuté implique
la prise en considération de plusieurs facteurs, tels que les processus prioritaires, la criticité (gravité)
et la complexité d’un système, la rentabilité, la probabilité d’occurrence des divers mécanismes de
défaillances et l’identification des premiers signes indicateurs de la défaillance.
Une analyse adéquate du processus est nécessaire pour imposer le choix des types de données souhaités
afin de permettre une surveillance convenable des machines.
Il est nécessaire que la personne chargée de l’analyse des vibrations regroupe autant d’informations
pertinentes que possible sur la machine à surveiller. Par exemple, la connaissance des fréquences de
résonance et des fréquences d’excitation des vibrations à partir des renseignements descriptifs et
des données analytiques donne un aperçu sur les fréquences vibratoires prévues, et par conséquent,
sur la gamme de fréquences à surveiller. En outre, la connaissance de l’état initial de la machine, de
l’historique de la machine en service et de ses conditions d’utilisation offre à l’analyste des informations
complémentaires.
Ce processus de planification avant essai présente d’autres avantages; il fournit des lignes directrices
sur les types de capteurs nécessaires, les emplacements requis les plus adéquats pour leur implantation,
la nature de l’équipement requis pour le conditionnement (prétraitement) des signaux, le type d’analyse
le plus approprié et les critères pertinents.
D’autres normes traitant de la surveillance et du diagnostic d’état des machines sont en cours
d’élaboration. Elles sont destinées à fournir des lignes directrices sur la surveillance globale de la
«santé» des machines, y compris des facteurs tels que les vibrations, le degré de pureté des huiles, la
thermographie et les performances. Des techniques de base pour le diagnostic seront décrites dans
l’ISO 13373-3.
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NORME INTERNATIONALE ISO 13373-2:2016(F)
Surveillance et diagnostic d’état des machines —
Surveillance des vibrations —
Partie 2:
Traitement, analyse et présentation des données vibratoires
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 13373 spécifie des procédures recommandées pour le traitement et la
présentation des données vibratoires et l’analyse des signatures vibratoires aux fins de surveillance
des vibrations des machines tournantes et la réalisation de diagnostics, le cas échéant. Elle décrit
différentes techniques en fonction des diverses applications. Elle présente par ailleurs des techniques
d’amélioration des signaux et des méthodes d’analyse destinées à l’étude des phénomènes dynamiques
de machines spécifiques. Plusieurs de ces techniques peuvent être appliquées à d’autres types de
machines, y compris les machines alternatives. Elle donne en outre des exemples de formats pour des
paramètres communément représentés aux fins d’évaluation et de diagnostic.
La présente partie de l’ISO 13373 est essentiellement fondée sur deux principes de base pour l’analyse des
signaux de vibration: le domaine temporel et le domaine fréquentiel. Certaines méthodes d’affinement
des résultats du diagnostic par variation des conditions de fonctionnement sont également couvertes.
La présente partie de l’ISO 13373 ne présente que les techniques les plus couramment utilisées pour
la surveillance, l’analyse et le diagnostic des vibrations des machines. Plusieurs autres techniques sont
mises en œuvre pour la détermination du comportement des machines et sont appliquées dans des
études fondées sur une analyse et un diagnostic plus approfondis des vibrations qui dépassent le cadre du
simple suivi pour la surveillance des machines. Une description détaillée de ces techniques ne relève pas
du domaine d’application de la présente partie de l’ISO 13373, mais l’Article 5 établit, à titre d’information
complémentaire, une liste de certaines de ces techniques spécialisées et encore plus développées.
Pour des machines de types et de dimensions spécifiques, les séries de normes ISO 7919 et ISO 10816
fournissent des principes directeurs pour l’application de grandeurs vibratoires à large bande destinée
à la surveillance d’état des machines; d’autres documents tels que la norme VDI 3839 apportent des
informations supplémentaires sur les problèmes spécifiques aux machines qui peuvent être identifiés
par un diagnostic des vibrations.
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
l’application du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 1683, Acoustique — Valeurs de référence recommandées pour les niveaux acoustiques et vibratoires
3 Conditionnement des signaux
3.1 Généralités
Tous les mesurages des vibrations sont pratiquement effectués en utilisant un capteur délivrant un
signal électrique analogique proportionnel à la valeur instantanée de l’accélération, de la vitesse ou
du déplacement des vibrations. Ce signal peut être enregistré sur un analyseur dynamique, étudié
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ISO 13373-2:2016(F)
pour une analyse ultérieure ou visualisé, par exemple, sur un oscilloscope. Pour obtenir les niveaux de
vibrations réels, la tension de sortie est multipliée par une constante d’étalonnage qui rend compte de
la sensibilité d’un capteur et des gains d’un amplificateur et d’un enregistreur. L’étude des vibrations est
souvent réalisée dans le domaine fréquentiel mais il existe également des outils précieux faisant appel
au diagramme d’évolution des vibrations.
La Figure 1 illustre l’évolution du signal de vibration dans les domaines temporel et fréquentiel. Dans
cette illustration, il est possible de relever que quatre recouvrements de signaux se combinent pour
former la trace composite, telle qu’elle apparaîtrait sur l’écran de l’analyseur (trace grise dans le
plan XY). Grâce à la méthode de traitement par transformées de Fourier, l’analyseur convertit ce signal
composite pour délivrer les quatre composantes fréquentielles distinctes visualisées.
Y
Z
X
2
1
Légende
X temps 1 oscillogramme représentant le signal temporel
Y amplitude/grandeur 2 spectre dans le domaine fréquentiel
Z fréquence
Figure 1 — Domaines temporel et fréquentiel
La Figure 2 présente un exemple plus simple de trace composite délivrée par un capteur, telle qu’elle
apparaît sur l’écran de l’analyseur. Dans ce cas, seuls trois recouvrements de signaux sont représentés,
comme montré à la Figure 3, leurs fréquences distinctes étant présentées à la Figure 4.
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ISO 13373-2:2016(F)
Y
X
Légende
X temps
Y amplitude
Figure 2 — Signal composite de spectres de base
Y
X
Légende
X temps
Y amplitude
Figure 3 — Recouvrement des signaux
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ISO 13373-2:2016(F)
Y
X
Légende
X fréquence
Y amplitude
Figure 4 — Fréquences distinctes
Pour de nombreuses études, la relation entre vibrations, sur différents points de la structure ou dans
différents sens de propagation des vibrations, est aussi importante que les données relatives aux
vibrations individuelles elles-mêmes. Pour cette raison, des analyseurs de signaux multicanaux sont
associés à des systèmes d’analyse intégrés et à deux canaux. Lors de l’examen des signaux au moyen de
cette technique, il est important d’observer l’amplitude et la phase des signaux de vibration.
3.2 Systèmes analogiques et numériques
3.2.1 Généralités
Le signal analogique délivré par un capteur peut faire l’objet d’un traitement mettant en œuvre des
systèmes analogiques ou numériques. Traditionnellement, des systèmes analogiques étaient mis en
œuvre et utilisaient des filtres, des amplificateurs, des enregistreurs, des intégrateurs et d’autres
composants qui modifient le signal sans toutefois en changer le caractère analogique. Plus récemment,
les avantages qu’offre la numérisation des signaux sont devenus de plus en plus apparents. Un
convertisseur analogique/numérique échantillonne de façon répétitive le signal analogique et le
convertit en une série de valeurs numériques. Des logiciels mathématiques peuvent alors être utilisés
pour le filtrage, l’intégration, la détection spectrale (voir 4.3.2), l’établissement d’histogrammes ou
la réalisation de toute autre opération requise. Bien entendu, le signal numérisé peut également être
représenté sur un graphique en fonction de son évolution dans le temps. Qu’il soit analogique ou
numérique, le signal contient les mêmes informations, sous réserve du choix approprié de la fréquence
d’échantillonnage.
Lors de l’utilisation d’une méthode analogique ou d’une méthode numérique, il est important de
connaître la sensibilité du signal à mesurer. La sensibilité est le rapport de la valeur réelle de la tension
de sortie du signal à la grandeur réelle du paramètre mesuré. Pour obtenir une définition adéquate du
signal, il convient que le signal concerné soit sensiblement supérieur aux niveaux du bruit ambiant sans
pour autant entraîner une distorsion du signal (par exemple par écrêtage du signal).
3.2.2 Techniques de numérisation
Dans le processus de numérisation, la fréquence d’échantillonnage et le pouvoir de résolution
constituent les paramètres les plus importants. Il est important de s’assurer de l’absence de toute
fréquence supérieure à la moitié de la valeur de la fréquence d’échantillonnage. Sinon, les diagrammes
d’évolution présenteront des distorsions ou les transformées de Fourier rapides (TFR) feront apparaître
des composantes de repliement qui n’appartiennent pas réellement au signal original (voir 4.3.7 pour
des informations complémentaires sur le repliement). La fréquence d’échantillonnage sera déterminée
par le type d’analyse à réaliser et le contenu fréquentiel attendu du signal. Lorsqu’on souhaite une
4 © ISO 2016 – Tous droits réservés
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ISO 13373-2:2016(F)
représentation graphique des vibrations en fonction du temps, il est recommandé que la fréquence
d’échantillonnage corresponde approximativement à 10 fois la fréquence représentative la plus élevée
dans le signal. Cependant, si on souhaite obtenir un spectre de fréquences, un calcul faisant intervenir
la TFR nécessite une fréquence d’échantillonnage qui doit être supérieure à deux fois la fréquence
représentative la plus élevée à mesurer. Les filtres anti-repliement servent à éliminer tout bruit parasite
à haute fréquence ou toute autre composante à haute fréquence supérieure à la moitié de la valeur de
la fréquence d’échantillonnage. Lors de la numérisation, le nombre de bits utilisés pour représenter
chaque échantillon doit être suffisant pour garantir le degré de précision requis.
3.3 Systèmes de conditionnement des signaux
3.3.1 Généralités
Les signaux de vibration délivrés par les capteurs nécessitent généralement un certain conditionnement
des signaux avant leur enregistrement afin d’obtenir les niveaux de tension appropriés à l’enregistrement
ou pour éliminer le bruit ou toute autre composante indésirable. Le système de conditionnement des
signaux inclut les sources d’alimentation des capteurs, les préamplificateurs, les amplificateurs, les
intégrateurs et plusieurs types de filtres. Le filtrage est abordé plus en détail en 3.4.
3.3.2 Intégration et dérivation
Les enregistrements des vibrations peuvent être réalisés en termes de déplacement, de vitesse ou
d’accélération. Généralement, la préférence est accordée à l’un de ces paramètres en fonction de la
gamme de fréquences représentative (les signaux à basse fréquence sont plus apparents lorsque le
paramètre de déplacement est utilisé et les signaux à haute fréquence sont plus apparents lorsque le
paramètre d’accélération est retenu) ou des critères applicables. Un signal de vibration peut être converti
en une grandeur différente par intégration ou dérivation. L’intégration de l’accélération par rapport
au temps donne la vitesse et l’intégration de la vitesse donne le déplacement. La double intégration
de l’accélération produira directement le déplacement. Comparée à l’intégration, la dérivation produit
l’effet inverse.
Mathématiquement, pour le mouvement harmonique, les relations suivantes s’appliquent:
déplacement:
i 1
xv=dta=dttd=−−va= (1)
()
∫∫∫
2
ω
ω
vitesse:
dx i
v = =dat =iωxa=− (2)
∫
dt ω
accélération:
2
dv d x
2
a = = ==−ωωxvi (3)
2
dt
dt
où ω est la pulsation de la vibration harmonique, avec ω = 2πf.
NOTE Voir aussi 4.3.12.
L’accéléromètre constitue un capteur de vibrations communément utilisé, et l’intégration est de ce fait
bien plus courante que la dérivation. En effet, la dérivation d’un signal est plus difficile que l’intégration,
même si une attention particulière doit être accordée à l’intégration des signaux à basse fréquence.
Avant l’intégration, il convient d’utiliser un filtre passe-haut afin d’éliminer les fréquences inférieures
aux fréquences représentatives.
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ISO 13373-2:2016(F)
3.3.3 Valeur quadratique moyenne (efficace) du signal de vibration
...
PROJET
NORME ISO/FDIS
FINAL
INTERNATIONALE 13373-2
ISO/TC 108/SC 2
Surveillance et diagnostic d’état
Secrétariat: DIN
des machines — Surveillance des
Début de vote:
2015-09-29 vibrations —
Vote clos le:
Partie 2:
2015-11-29
Traitement, analyse et présentation
des données vibratoires
Condition monitoring and diagnostics of machines — Vibration
condition monitoring —
Part 2: Processing, analysis and presentation of vibration data
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET SONT
INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS OBSER-
VATIONS, NOTIFICATION DES DROITS DE PRO-
PRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT ÉVENTUELLEMENT
CONNAISSANCE ET À FOURNIR UNE DOCUMEN-
TATION EXPLICATIVE.
OUTRE LE FAIT D’ÊTRE EXAMINÉS POUR
ÉTABLIR S’ILS SONT ACCEPTABLES À DES FINS
INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET COM-
Numéro de référence
MERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE
ISO/FDIS 13373-2:2015(F)
DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES
INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR POSSI-
BILITÉ DE DEVENIR DES NORMES POUVANT
SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA RÉGLEMENTA-
©
TION NATIONALE. ISO 2015
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ISO/FDIS 13373-2:2015(F)
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Conditionnement des signaux . 1
3.1 Généralités . 1
3.2 Systèmes analogiques et numériques . 4
3.2.1 Généralités . 4
3.2.2 Techniques de numérisation . 4
3.3 Systèmes de conditionnement des signaux . 5
3.3.1 Généralités . 5
3.3.2 Intégration et dérivation . 5
3.3.3 Valeur quadratique moyenne (efficace) du signal de vibration . 6
3.3.4 Gamme dynamique . 6
3.3.5 Étalonnage . 7
3.4 Filtrage . 7
4 Traitement et analyse des données . 8
4.1 Généralités . 8
4.2 Analyse dans le domaine temporel. 8
4.2.1 Signal temporel . 8
4.2.2 Battement.10
4.2.3 Modulation .11
4.2.4 Analyse de l’enveloppe .11
4.2.5 Surveillance de l’enveloppe du spectre de fréquences à bande étroite .12
4.2.6 Orbite d’arbre .12
4.2.7 Signal continu de position de l’arbre .13
4.2.8 Vibration durant les transitoires.13
4.2.9 Impulsion .14
4.2.10 Amortissement .15
4.2.11 Moyennage dans le domaine temporel .17
4.3 Analyse dans le domaine fréquentiel .18
4.3.1 Généralités .18
4.3.2 Transformée de Fourier .19
4.3.3 Troncature et fenêtrage .20
4.3.4 Pouvoir de résolution en fréquence .20
4.3.5 Longueur d’enregistrement .21
4.3.6 Modulation en amplitude (bandes latérales) .21
4.3.7 Repliement .23
4.3.8 Échantillonnage synchrone .24
4.3.9 Moyennage du spectre .25
4.3.10 Tracés logarithmiques (avec valeurs de référence en décibels) .25
4.3.11 Analyse en mode zoom .26
4.3.12 Dérivation et intégration .27
4.4 Affichage des résultats au cours des changements opérationnels .28
4.4.1 Amplitude et phase (diagramme de Bode) .28
4.4.2 Diagramme polaire (diagramme de Nyquist) .29
4.4.3 Diagramme en cascade .30
4.4.4 Diagramme de Campbell .32
4.5 Analyse en temps réel et bande passante en temps réel .33
4.6 Suivi d’ordres (analogiques et numériques) .34
4.7 Analyse par bande d’octave et par fraction d’octave .34
4.8 Analyse par la méthode du cepstre .35
© ISO 2015 – Tous droits réservés iii
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ISO/FDIS 13373-2:2015(F)
5 Autres techniques .36
Bibliographie .37
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ISO/FDIS 13373-2:2015(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer
un engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à
l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes
de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —
Informations supplémentaires.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques,
et leur surveillance, sous-comité SC 2, Mesure et évaluation des vibrations et chocs mécaniques intéressant
les machines, les véhicules et les structures.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 13373-2:2005), qui a fait l’objet
d’une révision technique.
L’ISO 13373 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Surveillance et diagnostic
d’état des machines — Surveillance des vibrations:
— Partie 1: Procédures générales
— Partie 2: Traitement, analyse et présentation des données vibratoires
— Partie 3: Lignes directrices pour le diagnostic des vibrations
— Partie 9: Techniques de diagnostic pour moteurs électriques
© ISO 2015 – Tous droits réservés v
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ISO/FDIS 13373-2:2015(F)
Introduction
Le but de la présente partie de l’ISO 13373, qui traite de la surveillance des vibrations des machines,
est de fournir des recommandations relatives aux méthodes et procédures de traitement des signaux
et d’analyse des données délivrées par les capteurs de vibrations associés à une machine et implantés à
des emplacements choisis pour les besoins de surveillance du comportement dynamique d’une machine.
Les mesurages des vibrations à large bande donnent une idée générale sur l’intensité des vibrations
d’une machine qui peut être relevée et affichée afin d’alerter les utilisateurs d’une machine en cas
d’apparition d’une condition anormale au niveau de la machine. Le traitement et l’analyse de ces signaux
de vibration réalisés conformément aux procédures spécifiées dans la présente partie de l’ISO 13373
donnent à l’utilisateur un aperçu sur les moyens permettant de diagnostiquer la ou les causes possibles
des problèmes affectant les machines, ce qui permet une surveillance plus ciblée et continue de celles-ci.
Un tel programme de surveillance ne présente pas seulement l’avantage d’attirer l’attention des
opérateurs des machines sur le fait qu’une machine peut connaître une défaillance à un certain moment
et qu’il est nécessaire de planifier l’entretien et la maintenance avant l’apparition de la défaillance, mais
il fournit également de précieuses informations sur la nature de la maintenance qu’il est nécessaire
de planifier et d’exécuter. Les vibrations sont des manifestations ou des signes avant-coureurs de
problèmes tels que le défaut d’alignement, le balourd, l’usure accélérée, le fluage et les problèmes de
lubrification.
L’ISO 13373-1 fournit des lignes directrices en matière de surveillance des vibrations des machines.
La présente partie de l’ISO 13373 contient cependant des lignes directrices relatives au traitement, à
l’analyse et à la présentation des données vibratoires ainsi recueillies et qui peuvent être utilisées aux
fins de diagnostic pour déterminer la nature ou les causes profondes des problèmes.
Les procédures de traitement, d’analyse et de diagnostic des signaux, appliquées à la surveillance des
vibrations, peuvent varier en fonction des processus à surveiller, du degré de précision souhaité, des
ressources disponibles, etc. Un programme de surveillance parfaitement conçu et bien exécuté implique
la prise en considération de plusieurs facteurs, tels que les processus prioritaires, la criticité (gravité)
et la complexité d’un système, la rentabilité, la probabilité d’occurrence des divers mécanismes de
défaillances et l’identification des premiers signes indicateurs de la défaillance.
Une analyse adéquate du processus est nécessaire pour imposer le choix des types de données souhaités
afin de permettre une surveillance convenable des machines.
Il est nécessaire que la personne chargée de l’analyse des vibrations regroupe autant d’informations
pertinentes que possible sur la machine à surveiller. Par exemple, la connaissance des fréquences de
résonance et des fréquences d’excitation des vibrations à partir des renseignements descriptifs et
des données analytiques donne un aperçu sur les fréquences vibratoires prévues, et par conséquent,
sur la gamme de fréquences à surveiller. En outre, la connaissance de l’état initial de la machine, de
l’historique de la machine en service et de ses conditions d’utilisation offre à l’analyste des informations
complémentaires.
Ce processus de planification avant essai présente d’autres avantages; il fournit des lignes directrices
sur les types de capteurs nécessaires, les emplacements requis les plus adéquats pour leur implantation,
la nature de l’équipement requis pour le conditionnement (prétraitement) des signaux, le type d’analyse
le plus approprié et les critères pertinents.
D’autres normes traitant de la surveillance et du diagnostic d’état des machines sont en cours
d’élaboration. Elles sont destinées à fournir des lignes directrices sur la surveillance globale de la
«santé» des machines, y compris des facteurs tels que les vibrations, le degré de pureté des huiles, la
thermographie et les performances. Des techniques de base pour le diagnostic seront décrites dans
l’ISO 13373-3.
vi © ISO 2015 – Tous droits réservés
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PROJET FINAL DE NORME INTERNATIONALE ISO/FDIS 13373-2:2015(F)
Surveillance et diagnostic d’état des machines —
Surveillance des vibrations —
Partie 2:
Traitement, analyse et présentation des données vibratoires
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 13373 spécifie des procédures recommandées pour le traitement et la
présentation des données vibratoires et l’analyse des signatures vibratoires aux fins de surveillance
des vibrations des machines tournantes et la réalisation de diagnostics, le cas échéant. Elle décrit
différentes techniques en fonction des diverses applications. Elle présente par ailleurs des techniques
d’amélioration des signaux et des méthodes d’analyse destinées à l’étude des phénomènes dynamiques
de machines spécifiques. Plusieurs de ces techniques peuvent être appliquées à d’autres types de
machines, y compris les machines alternatives. Elle donne en outre des exemples de formats pour des
paramètres communément représentés aux fins d’évaluation et de diagnostic.
La présente partie de l’ISO 13373 est essentiellement fondée sur deux principes de base pour l’analyse des
signaux de vibration: le domaine temporel et le domaine fréquentiel. Certaines méthodes d’affinement
des résultats du diagnostic par variation des conditions de fonctionnement sont également couvertes.
La présente partie de l’ISO 13373 ne présente que les techniques les plus couramment utilisées pour
la surveillance, l’analyse et le diagnostic des vibrations des machines. Plusieurs autres techniques sont
mises en œuvre pour la détermination du comportement des machines et sont appliquées dans des
études fondées sur une analyse et un diagnostic plus approfondis des vibrations qui dépassent le cadre du
simple suivi pour la surveillance des machines. Une description détaillée de ces techniques ne relève pas
du domaine d’application de la présente partie de l’ISO 13373, mais l’Article 5 établit, à titre d’information
complémentaire, une liste de certaines de ces techniques spécialisées et encore plus développées.
Pour des machines de types et de dimensions spécifiques, les séries de normes ISO 7919 et ISO 10816
fournissent des principes directeurs pour l’application de grandeurs vibratoires à large bande destinée
à la surveillance d’état des machines; d’autres documents tels que la norme VDI 3839 apportent des
informations supplémentaires sur les problèmes spécifiques aux machines qui peuvent être identifiés
par un diagnostic des vibrations.
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
l’application du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 1683, Acoustique — Valeurs de référence recommandées pour les niveaux acoustiques et vibratoires
3 Conditionnement des signaux
3.1 Généralités
Tous les mesurages des vibrations sont pratiquement effectués en utilisant un capteur délivrant un
signal électrique analogique proportionnel à la valeur instantanée de l’accélération, de la vitesse ou
du déplacement des vibrations. Ce signal peut être enregistré sur un analyseur dynamique, étudié
© ISO 2015 – Tous droits réservés 1
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ISO/FDIS 13373-2:2015(F)
pour une analyse ultérieure ou visualisé, par exemple, sur un oscilloscope. Pour obtenir les niveaux de
vibrations réels, la tension de sortie est multipliée par une constante d’étalonnage qui rend compte de
la sensibilité d’un capteur et des gains d’un amplificateur et d’un enregistreur. L’étude des vibrations est
souvent réalisée dans le domaine fréquentiel mais il existe également des outils précieux faisant appel
au diagramme d’évolution des vibrations.
La Figure 1 illustre l’évolution du signal de vibration dans les domaines temporel et fréquentiel. Dans
cette illustration, il est possible de relever que quatre recouvrements de signaux se combinent pour
former la trace composite, telle qu’elle apparaîtrait sur l’écran de l’analyseur (trace grise dans le
plan XY). Grâce à la méthode de traitement par transformées de Fourier, l’analyseur convertit ce signal
composite pour délivrer les quatre composantes fréquentielles distinctes visualisées.
Y
Z
X
2
1
Légende
X temps 1 oscillogramme représentant le signal temporel
Y amplitude/grandeur 2 spectre dans le domaine fréquentiel
Z fréquence
Figure 1 — Domaines temporel et fréquentiel
La Figure 2 présente un exemple plus simple de trace composite délivrée par un capteur, telle qu’elle
apparaît sur l’écran de l’analyseur. Dans ce cas, seuls trois recouvrements de signaux sont représentés,
comme montré à la Figure 3, leurs fréquences distinctes étant présentées à la Figure 4.
2 © ISO 2015 – Tous droits réservés
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ISO/FDIS 13373-2:2015(F)
Y
X
Légende
X temps
Y amplitude
Figure 2 — Signal composite de spectres de base
Y
X
Légende
X temps
Y amplitude
Figure 3 — Recouvrement des signaux
© ISO 2015 – Tous droits réservés 3
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ISO/FDIS 13373-2:2015(F)
Y
X
Légende
X fréquence
Y amplitude
Figure 4 — Fréquences distinctes
Pour de nombreuses études, la relation entre vibrations, sur différents points de la structure ou dans
différents sens de propagation des vibrations, est aussi importante que les données relatives aux
vibrations individuelles elles-mêmes. Pour cette raison, des analyseurs de signaux multicanaux sont
associés à des systèmes d’analyse intégrés et à deux canaux. Lors de l’examen des signaux au moyen de
cette technique, il est important d’observer l’amplitude et la phase des signaux de vibration.
3.2 Systèmes analogiques et numériques
3.2.1 Généralités
Le signal analogique délivré par un capteur peut faire l’objet d’un traitement mettant en œuvre des
systèmes analogiques ou numériques. Traditionnellement, des systèmes analogiques étaient mis en
œuvre et utilisaient des filtres, des amplificateurs, des enregistreurs, des intégrateurs et d’autres
composants qui modifient le signal sans toutefois en changer le caractère analogique. Plus récemment,
les avantages qu’offre la numérisation des signaux sont devenus de plus en plus apparents. Un
convertisseur analogique/numérique échantillonne de façon répétitive le signal analogique et le
convertit en une série de valeurs numériques. Des logiciels mathématiques peuvent alors être utilisés
pour le filtrage, l’intégration, la détection spectrale (voir 4.3.2), l’établissement d’histogrammes ou
la réalisation de toute autre opération requise. Bien entendu, le signal numérisé peut également être
représenté sur un graphique en fonction de son évolution dans le temps. Qu’il soit analogique ou
numérique, le signal contient les mêmes informations, sous réserve du choix approprié de la fréquence
d’échantillonnage.
Lors de l’utilisation d’une méthode analogique ou d’une méthode numérique, il est important de
connaître la sensibilité du signal à mesurer. La sensibilité est le rapport de la valeur réelle de la tension
de sortie du signal à la grandeur réelle du paramètre mesuré. Pour obtenir une définition adéquate du
signal, il convient que le signal concerné soit sensiblement supérieur aux niveaux du bruit ambiant sans
pour autant entraîner une distorsion du signal (par exemple par écrêtage du signal).
3.2.2 Techniques de numérisation
Dans le processus de numérisation, la fréquence d’échantillonnage et le pouvoir de résolution
constituent les paramètres les plus importants. Il est important de s’assurer de l’absence de toute
fréquence supérieure à la moitié de la valeur de la fréquence d’échantillonnage. Sinon, les diagrammes
d’évolution présenteront des distorsions ou les transformées de Fourier rapides (TFR) feront apparaître
des composantes de repliement qui n’appartiennent pas réellement au signal original (voir 4.3.7 pour
des informations complémentaires sur le repliement). La fréquence d’échantillonnage sera déterminée
par le type d’analyse à réaliser et le contenu fréquentiel attendu du signal. Lorsqu’on souhaite une
4 © ISO 2015 – Tous droits réservés
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ISO/FDIS 13373-2:2015(F)
représentation graphique des vibrations en fonction du temps, il est recommandé que la fréquence
d’échantillonnage corresponde approximativement à 10 fois la fréquence représentative la plus élevée
dans le signal. Cependant, si on souhaite obtenir un spectre de fréquences, un calcul faisant intervenir
la TFR nécessite une fréquence d’échantillonnage qui doit être supérieure à deux fois la fréquence
représentative la plus élevée à mesurer. Les filtres anti-repliement servent à éliminer tout bruit parasite
à haute fréquence ou toute autre composante à haute fréquence supérieure à la moitié de la valeur de
la fréquence d’échantillonnage. Lors de la numérisation, le nombre de bits utilisés pour représenter
chaque échantillon doit être suffisant pour garantir le degré de précision requis.
3.3 Systèmes de conditionnement des signaux
3.3.1 Généralités
Les signaux de vibration délivrés par les capteurs nécessitent généralement un certain conditionnement
des signaux avant leur enregistrement afin d’obtenir les niveaux de tension appropriés à l’enregistrement
ou pour éliminer le bruit ou toute autre composante indésirable. Le système de conditionnement des
signaux inclut les sources d’alimentation des capteurs, les préamplificateurs, les amplificateurs, les
intégrateurs et plusieurs types de filtres. Le filtrage est abordé plus en détail en 3.4.
3.3.2 Intégration et dérivation
Les enregistrements des vibrations peuvent être réalisés en termes de déplacement, de vitesse ou
d’accélération. Généralement, la préférence est accordée à l’un de ces paramètres en fonction de la
gamme de fréquences représentative (les signaux à basse fréquence sont plus apparents lorsque le
paramètre de déplacement est utilisé et les signaux à haute fréquence sont plus apparents lorsque le
paramètre d’accélération est retenu) ou des critères applicables. Un signal de vibration peut être converti
en une grandeur différente par intégration ou dérivation. L’intégration de l’accélération par rapport
au temps donne la vitesse et l’intégration de la vitesse donne le déplacement. La double intégration
de l’accélération produira directement le déplacement. Comparée à l’intégration, la dérivation produit
l’effet inverse.
Mathématiquement, pour le mouvement harmonique, les relations suivantes s’appliquent:
déplacement:
i 1
xv=dta=dttd=−−va= (1)
()
∫∫∫
2
ω
ω
vitesse:
dx i
v = =dat =iωxa=− (2)
∫
dt ω
accélération:
2
dv d x
2
a = = ==−ωωxvi (3)
2
dt
dt
où ω e
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.