ISO 7626-1:1986
(Main)Vibration and shock — Experimental determination of mechanical mobility — Part 1: Basic definitions and transducers
Vibration and shock — Experimental determination of mechanical mobility — Part 1: Basic definitions and transducers
Provides basic concepts with comments and identifies the calibration tests, environmental tests and physical measurements necessary to determine the suitability of impedance heads, force transducers and response transducers. Is limited to information which is basic to various types of driving point and transfer mobility, accelerance and dynamic compliance measurements.
Vibrations et chocs — Détermination expérimentale de la mobilité mécanique — Partie 1: Définitions fondamentales et transducteurs
General Information
Relations
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Standards Content (Sample)
762611
International Standard
I
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATlON.MEIKAYHAPO~HAR OPTAHkl3AL&lR fl0 CTAHAAPTM3AWlM~ORGANlSATlON INTERNATIONALE DE NORMALISATION
- Experimental determination of
Vibration and shock
mechanical mobility -
Part 1: Basic definitions and transducers
Partie I : D4 finitions fondamen tales et
Vibrations et chocs - Ddtermination expkimen tale de la mobilit mkanique -
transducteurs
First edition - 198648-15
UDC 534.1.08 Ref. No. IS0 7626/l-1986 (E)
Descriptors : vibration, mechanical shock, structures, buildings, machinery, tests, vibration tests, determination, mobility, test equipment,
transducers, specifications, calibration, data representation.
Price based on 23 pages
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Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national standards bodies (IS0 member bodies). The work of preparing International
Standards is normally carried out through IS0 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, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for approval before their acceptance as International Standards by
the IS0 Council. They are approved in accordance with IS0 procedures requiring at
least 75 % approval by the member bodies voting.
International Standard IS0 7626/l was prepared by Technical Committee
ISO/TC 108, Mechanical vibration and shock.
Users should note that all International Standards undergo revision from time to time
and that any reference made herein to any other International Standard implies its
latest edition, unless otherwise stated.
0 International Organization for Standardization, 1986
’ Printed in Switzerland
ii
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IS0 7626/l-1966 (E)
Contents
Page
........................................................ 1
0 Introduction.
.......................................... 2
1 Scope and field of application
2
2 References .
................................................... 2
3 Symbols and units
2
4 Definitions .
......... 4
5 Basic requirements for force- and motion-measurement transducers
5
..........................................................
6 Calibration
6
...............................
7 Basic piezoelectric transducer calibrations
............................................ 7
8 Supplementary calibrations
.................................................. 9
9 Presentation of data
Annexes
17
A Relationship between mechanical impedance, mobility and modal analysis. . .
19
B Mobility as a frequency-response function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
C Determination of impedance head attachment compliance and damping. . . . .
23
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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~~
INTERNATIONAL STANDARD IS0 7626/l-1986 (E)
- Experimental determination of
Vibration and shock
mechanical mobility -
Part 1: Basic definitions and transducers
For most practical applications, it is not necessary to know the
0 Introduction
entire 6N x 6IV matrix. Often it is sufficient to measure the
driving-point mobility and a few transfer mobilities by exciting
0.1 General introduction to IS0 7626 on mobility with a force at a single point in a single direction and measuring
the translational response motions at key points on the struc-
measurement
ture. In other applications, only rotational mobilities may be of
interest.
Dynamic characteristics of structures can be determined as a
function of frequency from mobility measurements or measure-
In order to simplify the use of the various parts of IS0 7626 in
ments of the related frequency-response functions, known as
the various mobility measurement tasks encountered in prac-
accelerance and dynamic compliance. Each of these frequency-
tice, IS0 7626 will be published as a set of five separate parts.
response functions is the phasor of the motion response at a
point on a structure due to a unit force (or moment) excitation.
IS0 7626/l (this part of IS0 7626) covers basic definitions and
The magnitude and the phase of these functions are frequency-
transducers. The information given in this part of IS0 7626 is
dependent.
common to most mobility measurement tasks.
Accelerance and dynamic compliance differ from mobility only
IS0 7626/2 covers mobility measurements using single-point
in that the motion response is expressed in terms of acceler-
translational excitation with an attached exciter.
ation or displacement, respectively, instead of in terms of velo-
city. In order to simplify the various parts of IS0 7626, only the
IS0 7626/3 covers mobility measurements using single-point
term “mobility” will be used. It is understood that all test pro-
rotational excitation with an attached exciter. This information
cedures and requirements described are also applicable to the
is primarily intended for rotor system rotational resonance
determination of accelerance and dynamic compliance.
predictions.
Typical applications for mobility measurements are for IS0 7626/4 covers measurements of the entire mobility matrix
using attached exciters. This includes the translational, ro-
tational and combination terms required for the 6 x 6 matrix
a) predicting the dynamic response of structures to known
for each location on the structure.
or assumed input excitation;
b) determining the modal properties of a structure (natural IS0 7626/5 covers mobility measurements using impact excita-
frequencies, mode shapes and damping ratios); tion with an exciter which is not attached to the structure.
c) predicting the dynamic interaction of interconnected
Mechanical mobility is defined as the frequency-response func-
structures;
tion formed by the ratio of the phasor of the translational or
rotational response velocity to the phasor of the applied force
d) checking the validity and improving the accuracy of
or moment excitation. If the response is measured with an ac-
mathematical models and structures;
celerometer, conversion to velocity is required to obtain the
mobility. Alternatively, the ratio of acceleration to force, know
e) determining dynamic properties (i.e. the complex
modulus of elasticity) of materials in pure or composite as accelerance, may be used to characterize a structure. In
other cases, dynamic compliance, the ratio of displacement to
forms.
force, may be used.
For some applications, a complete description of the dynamic
NOTE - Historically, frequency-response functions of structures have
characteristics may be required using measurements of transla-
often been expressed in terms of the reciprocal of one of the above-
tional forces and motions along three mutually perpendicular
named dynamic characteristics. The arithmetic reciprocal of
axes as well as measurements of moments and rotational mo-
mechanical mobility has often been called mechanical impedance. It
tions about these three axes. This set of measurements results
should be noted, however, that this is misleading because the
in a 6 x 6 mobility matrix for each location of interest. For IV
arithmetic reciprocal of mobility does not, in general, represent any of
locations on a structure, the system thus has an overall mobility the elements of the impedance matrix of a structure. This point is
elaborated upon in annex A.
matrix of size 6N x 6N.
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IS0 7626/l-1986 E)
3 Symbols and units
Mobility test data cannot be used directly as part of an im-
pedance model of the structure. In order to achieve compatibi-
lity of the data and the model, the impedance matrix of the Symbol Quantity
SI unit
model shall be converted to mobility or vice-versa (see
a Acceleration
m/s2
clause A.3 for limitations).
ailFj Accelerance
m/(Ns2)
E
Transducer output V
0.2 Introduction to this part of IS0 7626
Frequency
HZ
f
F Force
N
Before carrying out mobility measurements, it is necessary to
evaluate the characteristics of the force and response k Stiffness
N/m
transducers to be used in order to ensure that accurate
m
Mass
kg
amplitude and phase information can be obtained over the
s Sensitivity
V/units of
entire frequency range of interest.
input variable
V
Velocity
m/s
This part of IS0 7626 is primarily a guide for the selection,
calibration and evaluation of the transducers’and instruments x
Displacement m
for their suitability in making mobility measurements.
XilFj Dynamic compliance
m/N
Mobility
rn0N.s)
Yij
z Free impedance
Nslm
1 Scope and field of application
Blocked impedance
N-s/m
2l-j
This part of IS0 7626 provides basic definitions with comments
and identifies the calibration tests, environmental tests and
4 Definitions
physical measurements necessary to determine the suitability
of impedance heads, force transducers and response
For the general terms and their definitions used in this part of
transducers for use in measuring mechanical mobility.
IS0 7626, see IS0 2041. Several of the more important defi-
nitions used in the measurement and presentation of mecha-
This part of IS0 7626 is limited to information which is basic to
nical mobility data are listed below to emphasize their use in
various types of driving point and transfer mobility, accelerance
this part of IS0 7626.
and dynamic compliance measurements. Blocked impedance
(see 4.3) measurements are not dealt with.
4.1 frequency-response function : The frequency depen-
NOTE - Procedures for carrying out mobility measurements in various
dent ratio of the motion-response phasor to the phasor of the
circumstances will be dealt with in IS0 7626/Z, IS0 7626/3,
excitation force.
IS0 7626/4 and IS0 7626/5.
NOTES
1 Frequency-response functions are properties of linear dynamic
systems which do not depend on the type of excitation function. Ex-
2 References
citation can be harmonic, random or transient functions of time. The
test results obtained with one type of excitation can thus be used for
IS0 2041, Vibration and shock - Vocabulary.
predicting the response of the system to any other type of excitation.
Phasors and their equivalents for random and transient excitation are
IS0 4865, Vibration and shock - Methods for analysis and
discussed in annex B.
presentation of data. 1)
2 Linearity of the system is a condition which, in practice, will be met
only approximately, depending on the type of system and on the
IS0 5347, Vibration and shock - Methods of calibration of
magnitude of the input. Care has to be taken to avoid non-linear ef-
vibration and shock pickups. 1)
fects, particularly when applying impulse excitation. Structures which
are known to be non-linear (e.g. certain riveted structures) should not
IEC Publication 263, Scales and sizes for plotting frequency be tested with impulse excitation and great care is required when using
random excitation for testing such structures.
characteristics and polar diagrams.
1) At present at the stage of draft.
2
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IS0 7626/l-1986 (E)
2 The primary usefulness of blocked impedance is in the
3 Motion may be expressed in terms of either velocity, acceleration or
mathematical modelling of a structure using lumped mass, stiffness
displacement; the corresponding frequency-response function
and damping elements or finite element techniques. When combining
designations are mobility, accelerance and dynamic compliance,
or comparing such mathematical models with experimental mobility
respectively.
data, it is necessary to convert the analytical blocked impedance matrix
into a mobility matrix, or vice versa, as discussed in annex A.
4.2 mobility, Yij: The frequency-response function formed
by the ratio of the velocity-response phasor at point i to the ex-
4.4 free impedance: The ratio of the applied excitation
citation force phasor at point j, with all other measurement
force phasor to the resulting velocity phasor, with all other con-
points on the structure allowed to respond freely without any
nection points of the system free (i.e. having zero restraining
constraints other than those constraints which represent the
forces). Free impedance is the arithmetic reciprocal of a single
normal support of the structure in its intended application. A
element of the mobility matrix, as defined in 4.2.
typical graph is given in figure 1.
NOTES
NOTES
1 Historically, no distinction has often been made between blocked
1 The velocity response can be either translational or rotational, and
impedance and free impedance. Caution should, therefore, be exer-
the excitation force can be either a rectilinear force or a moment.
cised in interpreting published data.
2 If the velocity response measured is a translational one and if the
2 While experimentally determined free impedances could be
excitation force applied is a rectilinear one, the mobility term should be
assembled into a matrix, this matrix would be quite different from the
expressed in metres per newton second in the SI system.
blocked impedance matrix resulting from mathematical modelling of
the structure and, therefore, would not conform to the requirements
discussed in annex A for using mechanical impedance in an overall
4.3 blocked impedance, Zij: The frequency-response func-
theoretical analysis of the system.
tion formed by the ratio of the phasor of the blocking or driving-
point force response at point i to the phasor of the applied ex-
citation velocity at pointj, with all other measurement points
4.5 Other frequency-response functions related
on the structure “blocked” (i.e. constrained to have zero velo-
to mobility
city). All forces and moments required to constrain fully all
points of interest on the structure shall be measured in order to There are several other structural response ratios which are
obtain a valid blocked impedance matrix. Blocked impedance
sometimes used instead of mechanical mobility. These are
measurements (see [133) are, therefore, seldom made and are
summarized in table 1.
not dealt with in the various parts of IS0 7626.
Careful note should be taken of the comments on each type of
NOTES
ratio. Typical magnitude graphs for accelerance and for
dynamic compliance, corresponding to the mobility graph
1 Any changes in the number of measurement points or their location
shown in figure 1, are shown in figures 2 and 3, respectively.
will change the blocked impedances at all measurement points.
Equivalent definitions to be used for various kinds of measured frequency response functions
Table 1 -
related to mechanical mobility
Motion expressed Motion expressed
Motion expressed
as velocity as acceleration as displacement
Dynamic compliance
Mobility Accelerance
Term
= VilFj ailFj XilFj
Symbol
yij
m/(N&) = kg-1 m/N
m/(N4
Unit
=O;k+j =O;k+:j =O;k;tj
Boundary conditions
Fk Fk
Fk
1 2 3
See figure
Boundary conditions are easy to achieve experimentally
Comment
Blocked effective mass Dynamic stiffness
Term Blocked impedance
= Fi/Vj FiIaj FiIXj
Symbol
zij
(N&m (N&)/m = kg N/m
Unit
=O;k;tj =O;k#j
Boundary conditions =O;k#j
xk
‘k ak
Comment Boundary conditions are very difficult or impossible to achieve experimentally
Free impedance Effective mass (free effective mass) Free dynamic stiffness
Term
1
Symbol Fjlai FjlXi
. .
FPi = Y
(N&2)/m = kg
Unit (N.sVm’ N/m
=O;k+j =O;k#j
Boundary conditions =O;k+j
Fk Fk
Fk
Boundary conditions are easy to achieve, but results shall be used witt great caution in system modelling
Comment
3
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IS0 7626/l-1986 E)
5.2.1 The motion transducer should be of lightweight (or non-
NOTES
contacting) design so as to minimize structural loading of the
Dynamic compliance is called “receptance” by several authors.
structure under test.
2 Accelerance has, regrettably, been called “inertance” in some
publications. This term is not a standard term and should be avoided
5.2.2 The attachment of the transducer to the structure under
. because it is in conflict with the common definition of “acoustic iner-
tance” and also contrary to the implication carried by the term “iner- test should be stiff in the direction of the primary measurement
tance”.
axis of the transducer.
5.2.3 The attachment should have a sufficiently small contact
4.6 frequency range of interest: Span, in hertz, from the
area to prevent stiffening or damping of the structure by the
lowest frequency to the highest frequency at which mobility
transducer or its mounting fixture.
data are to be obtained in a given test series.
5.2.4 When applying impulse excitation, zero drift of
piezoelectric accelerometers due to the pyro-electric effect is
likely to occur and this will limit the accuracy of the measure-
5 Basic requirements for force- and
ment at low frequencies. Other types of motion transducers
motion-measurement transducers
(e.g. piezoresistive, electrodynamic or some shear type piezo-
electronic accelerometers) can provide the solution to this
problem.
5.1 General
The basic characteristics of all measurement transducers which
are important in acquiring adequate mobility data are as
5.3 Requirements for force-m re
follows:
transducers
a) Transducers shall have sufficient sensitivity and low
Some of the characteristics outlined in 5.1 are more important
noise in order to obtain a signal-to-noise ratio of the
than others in the selection of a force-measurement transducer
measurement chain which is adequate to cover the dynamic
to be used for mechanical mobility measurements. Since com-
range of the mobility of the structure. Since lightly damped
promises in design have to be made, the items outlined in 5.3.1
structures require a larger dynamic range than structures
to 5.3.3 shall be considered as being of prime importance.
with considerable damping, transducer noise is of particular
concern when testing lightly damped structures.
5.3.1 The effective end mass (mass between the force-
b) If the frequency-response function of the measurement
sensing element of the transducer and the structure) should be
transducer is not compensated by suitable signal process-
ing, the natural frequency of the response transducer shall small enough to minimize extraneous inertial signals related to
be far enough below or above the frequency range of in- such mass. (See 8.4 for further details.)
terest that no unacceptable phase shift will occur.
c) Transducer sensivity shall be stable with time and have
5.3.2 The stiffness of the force transducer and its com-
negligible d.c. drift.
ponents should be selected so that no resonances involving this
stiffness occur within the frequency range of interest. As a
d) Transducers shall be insensitive to extraneous en-
compromise, the effect of such resonances on the signal from
vironmental effects, such as temperature, humidity,
the force-sensing element should be compensated for by
magnetic fields, electrical fields, acoustical fields, strain and
suitable signal processing.
cross-axis inputs.
e) Transducer mass and rotational inertia shall be small so
5.3.3 The static preload shall be adequate for the range of ex-
as to avoid dynamic loading of the structure under test, or
citation forces required by the test application. Transducers
at least small enough so that a correction can be made for
with built-in preload are available to minimize this problem.
the loading.
Low susceptibility of the measurement system to the effects of
electrical ground loops and other extraneous signals is also im-
equirements
5.4 R for impedance heads and
portant.
attach ments to the
structure under test
A device which combines an accelerometer and a force
5.2 Requirements for motion-measurement
transducer in one assembly for the purpose of mobility
transducers
measurement is traditionally called an “impedance head”. The
design is a compromise based on the characteristics outlined in
Although motion-measurement transducers require the
5.2 and 5.3. However, certain characteristics of prime import-
characteristics outlined in 5.1, certain of these characteristics
ance, given in 5.4.1 to 5.4.4, should be borne in mind.
are more important than others. Motion transducers used in
mechanical mobility measurements are most commonly ac-
5.4.1 The total compliance between the structure and the in-
celerometers; however, displacement or velocity transducers
ternal accelerometer should be small, because a large com-
are sometimes used. The major characteristics to be considered
pliance will cause errors in acceleration measurements.
in transducer selection are outlined in 5.2.1 to 5.2.4.
4
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IS0 7626/l-1986 (E)
NOTE - The total compliance is the sum of the attachment com- used for mobility measurements, and the accelerometer is of a low
pliance and the internal compliance of the impedance head. The at- damping design. However, it is ‘good practice to display the phase
tachment compliance includes the localized “die effect” compliance of angle between the force transducer and accelerometer outputs on a
the structure under test. The total compliance can be measured as phase meter and record any deviations from the proper phase angle be-
described in annex C. tween the force transducer and accelerometer outputs while carrying
out the operational calibration.
5.4.2 The effective end mass (mass between the force-
6.2 Basic and supplementary transducer
sensing element of the transducer and the structure) should be
small in relation to the free effective mass of the structure calibrations
under test.
The basic and supplementary calibrations (see table 2) are in-
tended for determining the suitability of the transducers for
5.4.3 The moment of inertia of the impedance head, relative
mobility measurements. Piezoelectric transducers are very fre-
to an axis in the plane of attachment, should be small enough
quently used. If other types of transducers are used, the pro-
to minimize structural loading due to rotational motion about
cedures may have to be modified to determine the suitability of
that axis.
such transducers.
Further guidelines for avoiding loading of the structure under
NOTE -
Transducers exhibiting changes in basic or supplementary
test by the attachment of impedance heads will be given in IS0 7626/2.
calibrations should not be used if the changes are unac-
ceptable, as indicated in the appropriate clauses in this part of
IS0 7626.
5.4.4 In the design of an impedance head, care is required to
avoid cross-sensitivity of the acceleration transducer to the ap-
plied force.
Table 2 - Summary of transducer calibrations and tests
Force
Accelerometer
Calibration
transducer
or test
6 Calibration
Supple- Supple-
Basic
Basic
mentary mentary
Calibrations fall into three categories :
Sensitivity 7.2.1
7.2.2
of the combined measurement
operational calibration
a)
Electrical impedance
7.3 7.3
and analysis system;
Dimensions
basic transducer calibrations; 8.2 8.2
b)
supplementary transducer calibrations.
c)
Mass 8.3 8.3
Effective end mass 8.4
6.1 Operational calibrations
Transducer
compliance
8.5
Operational calibrations of the combined measurement and
analysis system shall be carried out at the beginning and end of
Polarity
8.6 8.6
each measurement series (and at intermediate times, as re-
quired). Detailed procedures will be covered in the relevant
Frequency
parts of IS0 7626 pertaining to the various types of mobility
response
8.7.1 8.7.2
measurements, as outlined in clause 0.
Linearity 8.8.1
8.8.2
Combined system calibrations are easier to perform, more ac-
Temperature 8.9.1 8.9.1
curate and in wider use than the basic calibrations discussed in
sensitivity and 8.9.2 and 8.9.2
clause 7. These system calibrations are achieved by driving, in
free space, a known free mass while the acceleration and force
Transverse
channel gains are set at the values that will be used in later
sensitivity 8.9.4
measurements. The ratio output shall follow the appropriate
mass line on the resulting mobility graph. If any difficulties are
Strain
experienced in combined system calibrations, basic calibrations
sensitivity 8.9.5
should be carried out.
The accuracy of the frequency scale of the response graph or Transducers intended for use with specific amplifiers or signal
other data output should always be checked during the oper-
conditioners should have the calibration performed under the
ational calibration.
conditions of intended use. For example, piezoelectric force
transducers, impedance heads and accelerometers are in-
NOTES
tended for use with either charge amplifiers or high impedance
of
1 An example of the resulting mobility graph, showing the effect
voltage amplifiers and should be calibrated with the intended
shown in annex C.
the impedance head attachment compliance, is
amplifier. For these transducers, the capacitance of the cables
used between transducer and amplifier is important and the
2 It is usually unnecessary to perform a phase-shift calibration provid-
transducers should be calibrated together with the intended
ed that the accelerometers, force transducers and amplifiers are
selected to have nearly flat response throughout the frequency range cable. Other types of transducers should be calibrated with
5
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Iso 7626/l-1986 (I3
their intended signal conditioning devices in accordance with NOTE - Since the output signal of the charge or voltage amplifier
associated with the accelerometer is always a voltage, the resultant ac-
the manufacturer’s specifications for electrical excitation,
celeration channel sensitivity should always be expressed in volts per
special terminating impedance, etc.
metre per second squared [V/(m/s*)l. In general, the acceleration
channel sensitivity is determined from the knowledge of the separate
When calibrating force transducers and impedance heads,
sensitivities of the accelerometer and the amplifier; in cases where
special care should be taken to use mounting conditions similar
precise mobility measurements are required, the accelerometer and the
to those specified by the manufacturer. Flatness of the mount-
amplifier to be used with the accelerometer should be calibrated
ing plate and proper torquing of the attaching screws is impor-
together in order to obtain the acceleration channel sensitivity directly.
tant. A thin film of oil or grease or wax between the transducer
and the mounting surface may increase transducer coupling
7.2.2 Force-transducer sensitivity
and rigidity for use at high frequencies. If special fixtures are
used, every effort should be made to carry out force transducer
Force transducers and the force section of impedance heads
calibrations using a mechanical arrangement closely resembling
shall be calibrated using a mass-loading technique.
that to be used during the mobility measurement.
The sensitivity calibration shall be carried out by mounting
the force transducer on a suitable shaker using the rated pre-
loading torque recommended by the manufacturer. The force
7 Basic piezoelectric transducer calibrations
transducer shall be vibrated at a controlled acceleration
amplitude, ~0, with only a reference accelerometer attached to
its opposite face. The force transducer amplifier voltage out-
7.1 General
put, I!&, and the applied acceleration, ao, shall be measured. A
loading mass, m, shall then be attached to the opposite face of
All basic calibrations and tests listed in table 2 shall be carried
the force transducer without changing the amplifier gain set-
out by the manufacturer on each transducer and the results
tings. The voltage output, &,,
shall be measured with the
shall be recorded in the documentation supplied with the
shaker input adjusted so that the applied acceleration, a, has
transducer. All basic calibrations should be repeated periodi-
exactly the same amplitude as before (that is a = ao). The sen-
cally by the user (or by a commercial calibration laboratory, if
sitivity of the force channel, Sf, is then given by the following
the user does not have adequate calibration facilities).
equation :
The recommended time interval for repeating basic calibrations
EM - EO
and tests is 1 year. In addition, calibrations such as sensitivity
Sf =
(I)
should be repeated more frequently, particularly if the (m + ml + m2 + m+a - (ml + m2 + m3)ao ’ ’ ’
transducer is subjected to conditions which may change its
sensitivity.
where
m is the loading mass;
7.2 Sensitivity
is the mass of the reference accelerometer;
ml
m2 is the effective mass of the bolt;
7.2.1 Accelerometer sensitivity
m3 is the effective end mass of the force transducer.
Sensitivity of accelerometers and the accelerometer portion of
All the masses are expressed in kilograms and the accelera-
impedance heads shall be determined by using the comparison
tion shall be expressed in metres per second squared. As
method.
...
762611
Norme internationale
,
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATIONWvlEX~YHAPO~HAR OPTAHM3A~MR fl0 CTAHJ1APTM3A~MM~ORGANISA~ION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Vibrations et chocs - Détermination expérimentale de la
mobilité mécanique -
Partie 1: Définitions fondamentales et transducteurs
- Experïmental determination of mechanical mobiiity - Part 1: Basic definitions and transducers
Vibration and shock
Première édition - 19864845
iî
Réf. no : ISO 7626/1-1986 (FI
CDU 534.1.08
G
si
Descripteurs : vibration, choc mécanique, structure, bâtiment, machine, essai, essai de vibration, détermination, mobilité, matériel d’essai,
transducteur, spécification, étalonnage, représentation des données.
.
i2
Prix basé sur 23 pages
---------------------- Page: 1 ----------------------
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est confiée aux comités techniques de I’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 gouverne-
mentales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO. Les Normes internationales sont approuvées confor-
mément aux procédures de I’ISO qui requièrent l’approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 7626/1 a été élaborée par le comité technique
ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques.
L’attention des utilisateurs est attirée sur le fait que toutes les Normes internationales
sont de temps en temps soumises à révision et que toute référence faite à une autre
.
Norme internationale dans le présent document implique qu’il s’agit, sauf indication
contraire, de la derniére édition.
Organisation internationale de normalisation, 1986 0
0
Imprimé en Suisse
ii
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IsO7626/1-1986 (FI
Sommaire
Page
0 Introduction .
.........................................
1 Objet et domaine d’application
2 Références .
...................................................
3 Symboles et unités
4 Définitions. .
5 Exigences fondamentales concernant les transducteurs de mesure de force
4
etdemouvement .
5
6 Étalonnage .
...................... 6
7 Étalonnage de base du transducteur piézo-électrique
.......................................... 7
8 Étalonnages supplémentaires
............................................. 10
9 Présentation des données
Annexes
...... 17
A Relation entre l’impédance mécanique, la mobilité et l’analyse modale.
.................. 19
B Mobilité en tant que fonction de la réponse en fréquence
C Détermination de la souplesse et de l’amortissement des fixations
............................................ 21
des capteurs d’impédance
23
Bibliographie .
. . .
III
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Page blanche
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~~~
NORME INTERNATIONALE ISO 7626/1-1986 (F)
Vibrations et chocs - Détermination expérimentale de la
mobilité mécanique -
Partie 1: Définitions fondamentales et transducteurs
0 Introduction d’une structure, le système aura ainsi une matrice générale de
mobilite correspondant à 6IV x 6N.
0.1 introduction générale à I’ISO 7626 sur le
En pratique et dans la plupart des cas, il n’est pas nécessaire de
mesurage de la mobilité
connaître la matrice 6N x 6N toute entière. II est souvent suffi-
sant de mesurer la mobilité du point d’application et quelques
Les caractéristiques dynamiques des structures peuvent être
mobilités de transfert par excitation d’un seul point dans une
déterminées comme une fonction de la fréquence à partir des
seule direction, puis de mesurer la réponse translationnelle aux
mesurages de la mobilité ou des fonctions de réponse en fré-
points critiques de la structure. Dans d’autres applications,
quence correspondantes, appelées accélérance et souplesse
seules les mobilités rotationnelles peuvent présenter de l’intérêt.
(élasticité) dynamique. Chacune de ces fonctions de réponse
en fréquence est le vecteur tournant de la réponse du mouve-
Pour simplifier l’utilisation des différentes parties de I’ISO 7626
ment en un point de la structure, dû à la force (ou au moment)
lors de mesurages variés de la mobilité, effectués dans la pra-
.
d’excitation. L’amplitude et la phase de ces fonctions dépen-
tique, I’ISO 7626 est publiée sous forme d’un ensemble de cinq
dent de la fréquence.
parties séparées.
L’accélérance et la souplesse dynamique différent de la mobilité L’ISO 7626/1 (la présente partie de I’ISO 7626) concerne les
uniquement dans le sens que la réponse du mouvement est définitions fondamentales et les transducteurs. Les informa-
exprimée repectivement en termes d’accélération et de déplace-
tions fournies par la présente partie de I’ISO 7626 sont commu-
ment au lieu d’apparaître en termes de vitesse. Pour simplifier
nes à la plupart des opérations de mesurage de la mobilité.
les différentes parties de I’ISO 7626, on utilisera uniquement le
L’ISO 7626/2 concerne les mesurages de la mobilité à partir
terme de (( mobilité)). II est néanmoins entendu que toutes les
d’une excitation translationnelle en un seul point à l’aide d’un
méthodes d’essai et les exigences requises s’appliquent égale-
générateur de vibrations solidaire de ce point.
ment à la détermination de I’accélérance et de la souplesse
dynamique.
L’ISO 7626/3 concerne les mesurages de la mobilité à partir
d’une excitation rotationnelle en un seul point à l’aide d’un
Les mesurages de la mobilité servent en général a:
générateur de vibrations solidaire de ce point. Les informations
fournies servent surtout à prédire la resonance en torsion d’un
a) prédire la réponse dynamique de structures à une exci-
système rotor.
tation d’entrée connue ou supposée;
b) déterminer les propriétés modales d’une structure (fré- L’ISO 7626/4 concerne les mesurages de la matrice de mobilité
quences naturelles, formes de mode et taux d’amortisse- toute entiere à l’aide de générateurs de vibrations solidaires.
ment) ; Ceci inclut les termes rendant compte des excitations transla-
tionnelles, rotationnelles et leurs combinaisons pour la matrice
c) prédire l’interaction dynamique de structures intercon-
6 x 6 à chaque endroit de la structure.
nectées;
L’ISO 7626/5 concerne les mesurages de la mobilité à partir
d) vérifier la validité et améliorer la précision des modéles
d’une excitation d’impact à l’aide d’un générateur non fixé à la
mathématiques des structures;
structure.
e) déterminer les propriétés dynamiques (c’est-à-dire le
module complexe d’élasticité) des matériaux sous une
La mobilité mécanique est définie comme la fonction de
forme pure ou composite.
réponse en fréquence formée par le rapport du vecteur tour-
nant de la réponse en vitesse, en translation et en rotation, au
vecteur tournant de la force appliquée ou de l’excitation du
Pour certaines applications, une description complète des
caractéristiques dynamiques peut être requise à l’aide des mouvement. Si la réponse est mesurée avec un accélérométre,
la conversion en vitesse est nécessaire pour obtenir la mobilité.
mesures des forces de translation et des mouvements le long
de trois axes mutuellement perpendiculaires de même que des Une autre solution est d’utiliser le rapport d’accélération à la
mesures de moments et mouvements de rotation autour de ces force, appel& accélérance, pour caractériser une structure.
Dans d’autres cas, on peut aussi utiliser la souplesse dyna-
trois axes. Cet ensemble de mesures fournit une matrice de
mobilité 6 x 6 pour chaque endroit examiné. Pour Iv endroits mique, à savoir le rapport du déplacement à la force.
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ISO 7626/1-1986 (F)
Dans les études précédentes, les fonctions de réponse en fré- 3 Symboles et unités
NOTE -
quence des structures ont souvent été exprimées en termes de récipro-
que de l’une des caractéristiques dynamiques sus-mentionnées. La
réciproque arithmétique de la mobilité mécanique a souvent été nom-
Symbole Désignation
Unité SI
mée impédance mécanique. On devrait noter toutefois que ceci peut
a Accélération
prêter a confusion car la réciproque arithmétique de la mobilité ne m/s*
représente pas, en général, l’un des éléments de la matrice d’impé-
aiIF’ Accélérance
m/(Ns*)
dance d’une structure. Ce point est traité dans l’annexe A.
E Sortie transducteur
V
Les données d’essai de mobilité ne peuvent être utilisées direc-
Fréquence
f Hz
tement en tant que partie du modèle d’impédance d’une struc-
F Force
ture. Pour que les données soient compatibles avec le modèle, N
la matrice d’impédance du modèle doit être convertie en mobi-
k Raideur
Nlm
lité ou vice versa (voir les restrictions exposées au chapitre A.3
m Masse
de l’annexe A). kg
S Sensibilité
Wunités de la
variable de sortie
0.2 Introduction à la présente partie de I’ISO 7626
V Vitesse
mis
Avant de procéder à des mesurages de la mobilité, il est néces-
x
Déplacement m
saire d’évaluer les caractéristiques des transducteurs de force et
XilFj Souplesse dynamique
de réponse qui seront utilisés afin de s’assurer qu’on obtiendra m/N
des informations d’amplitude et de phase correctes sur toute la
Mobilité
m/(Ns)
yij
gamme de fréquences considérée.
z Impédance libre
Nslm
La présente partie de I’ISO 7626 donne les principes directeurs
Impédance bloquée
Nslm
Zij
pour le choix, l’étalonnage et l’évaluation des transducteurs et
instruments au vu de leur aptitude à effectuer des mesurages
de mobilité.
4 Définitions
Les termes généraux et leurs définitions utilisés dans la pré-
1 Objet et domaine d’application
sente partie de I’ISO 7626 sont tirées de I’ISO 2041. Plusieurs
des plus importantes définitions choisies pour le mesurage et la
La présente partie de I’ISO 7626 fournit des définitions fonda-
présentation des données de la mobilité mécanique sont énu-
mentales, avec commentaires, et identifie les essais d’étalon-
mérées ci-après pour mettre l’accent sur leur emploi dans la
nage, les essais d’environnement et les paramètres physiques
présente partie de I’ISO 7626.
nécessaires, permettant de déterminer l’aptitude de capteurs
d’impédance, de transducteurs de force et de transducteurs de
4.1 fonction de la réponse en fréquence: Rapport de la
réponse à être employés pour le mesurage de la mobilité méca-
fréquence du vecteur tournant de la réponse de mouvement au
nique.
vecteur tournant de la force d’excitation.
La présente partie de I’ISO 7626 se limite aux informations
NOTES
essentielles relatives aux différents points d’application, à la
1 Les fonctions de la réponse en fréquence sont des propriétés de
mobilité de transfert et aux mesurages de I’accélérance et de la
systémes dynamiques linéaires ne dépendant pas du type de la fonc-
souplesse dynamique. Les mesurages faisant appel à I’impé-
tion d’excitation. L’excitation peut être une fonction du temps harmo-
dance mécanique bloquée (voir 4.3) ne sont pas traités ici.
nique, aléatoire ou transitoire. Les résultats d’essai pour un type d’exci-
NOTE - Les méthodes de mesurage de la mobilité dans des circons- tation peuvent ainsi être utilisés pour prédire la réponse du systéme à
tances variées seront décrites dans I’ISO 7626/2, I’ISO 7626/3, tout autre type d’excitation. On trouvera dans l’annexe B une discus-
I’ISO 7626/4 et I’ISO 7626/5. sion sur les vecteurs tournants et leurs équivalents pour une excitation
aléatoire et transitoire.
2 La linéarité d’un systéme est une condition qui, dans la pratique,
n’est remplie qu’approximativement, en fonction du type de système et
2 Références
de l’importance de l’impulsion. On devrait prendre soin d’éviter les
effets non linéaires, particulièrement dans le cas de l’application d’une
ISO 2041, Vibrations et chocs - Vocabulaire.
excitation impulsive. Les structures connues pour être non linéaires
ISO 4865, Vibrations et chocs - Méthodes pour l’analyse et la
(par exemple certaines structures rivetées) ne devraient pas être
présentation des données. 1)
essayées à l’aide d’excitation impulsive et l’on devrait prendre les plus
grandes précautions quand on a recours à une excitation aléatoire pour
I SO 5347, Vibrations et chocs - Méthodes d’étalonnage des
procéder à des essais sur ces structures.
cap teurs de vibrations et de chocs. 1)
3 Le mouvement peut être exprimé en termes de vitesse, d’accéléra-
Publication CEI 263, Échelles et dimensions des graphiques
tion ou de déplacement. Les désignations correspondantes des fonc-
pour le trac& des courbes de réponse en fréquence et des dia-
tions de réponse en fréquence sont respectivement la mobilité, I’accé-
Iérance et la souplesse dynamique.
grammes polaires.
1) Actuellement au stade de projet.
2
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ISO 7626/1-1986 (FI
ques avec les données expérimentales de mobilité, il est nécessaire de
4.2 mobilité, Yij: La fonction de réponse en fréquence for-
convertir la matrice analytique d’impédance bloquée en matrice de
mée par le rapport du vecteur tournant de la réponse en vitesse
mobilité, ou vice versa, comme indiqué à l’annexe A.
au point i au vecteur tournant de la force d’excitation au point
j, compte tenu que la réponse de tous les autres points de la
structure correspond à une réaction libre de points non soumis
4.4 imphdance libre : Rapport du vecteur tournant de la
à des contraintes autres que celles provenant du support nor-
force d’excitation appliquée au vecteur tournant de la vitesse en
mal de la structure dans l’application en cause. Un graphique
résultant, tous les autres points de connexion du système étant
type est montré sur la figure 1.
libres, c’est-à-dire étant soumis à des forces de restriction éga-
les à zéro. L’impédance libre est la réciproque arithmétique d’un
NOTES
seul élément de la matrice de mobilité, comme défini en 4.2.
1 La réponse en vitesse peut être translationnelle ou rotationnelle, et
NOTES .
la force d’excitation peut être une force rectiligne ou un moment.
1 Jusqu’à présent, on a fait rarement une distinction entre impédance
2 Si la réponse en vitesse mesurée est translationnelle et si la force
bloquée et impédance libre. On devrait donc faire attention en interpré-
d’excitation appliquée est rectiligne, les unités du terme de mobilité
tant les données publiées.
seront exprimées en mètres par newton seconde dans le système SI.
2 Quand elle est déterminée expérimentalement, l’impédance libre
peut être mise sous la forme d’une matrice. Cette dernière est assez dif-
férente de la matrice d’impédance bloquée résultant du modéle mathé-
4.3 impbdance bloqube, Zij: Fonction de réponse en fré-
matique d’une structure. En conséquence, elle n’est pas conforme aux
quence formée par le rapport du vecteur tournant du blocage
exigences indiquées à l’annexe A quand on utilise l’impédance mécani-
ou de la réponse en force au point d’application i au vecteur
que lors d’une analyse théorique globale d’un systéme.
tournant de la vitesse d’excitation appliquée au point j, tous les
autres points de la structure étant bloqués, c’est-à-dire con-
4.5 Autres fonctions de réponse en fréquence
traints à une vitesse zero. Toutes les forces et tous les moments
reliées à la mobilité
requis pour contraindre complètement les points considérés de
la structure doivent être mesurés afin de parvenir à une matrice
II existe plusieurs autres rapports de réponse structurale qui
d’impédance bloquée valable. De ce fait, les mesurages d’impé-
sont parfois utilisés à la place de la mobilite mécanique. Ces
dance bloquée (voir [13]) sont rarement effectués et ne sont
rapports sont résumés au tableau 1.
pas traités dans les différentes parties de I’ISO 7626.
On doit prendre note des commentaires accompagnant chaque
NOTES
type de rapport. Des courbes présentant des grandeurs types
1 Tout changement du nombre des points de mesure ou de leur
pour I’accélérance et la souplesse dynamique, correspondant à
emplacement modifie les impédances bloquées à tous ces points de
la courbe de mobilité de la figure 1, sont illustrées respective-
mesure.
ment sur les figures 2 et 3.
2 Le but essentiel de l’impédance bloquée est de construire un
NOTES
modéle mathématique d’une structure en faisant intervenir les techni-
ques de masse globale, d’éléments de raideur et d’amortissement ou 1 La souplesse dynamique est appelée G réceptance)) par plusieurs
d’élément fini. Si on compare ou on combine ces modèles mathémati- auteurs.
Définitions équivalentes à utiliser pour différents types de fonctions de réponse en fhquence mesurées,
Tableau 1 -
en rapport avec la mobilit6 mécanique
Mouvement exprimé Mouvement exprimé Mouvement exprimé -
en tant que vitesse en tant qu’accélération en tant que déplacement
Mobilité Accélérance Souplesse dynamique -
Terme
Symbole = VilFj aiIF’ XilF”
yij
m/(Ns*) = kg-1
Unité m/(Ns) m/N
Conditions limites =O;k+j =O;k#j =O;k+j
Fk Fk
Fk
Voir figure 1 2 3
Les conditions limites sont faciles à atteindre expérimentalement
Commentaires
Impédance bloquée Masse effective bloquée Raideur dynamique
Terme
Symbole = Fi/Vj Filaj Fil-Xi
zij
(Ns*)/m = kg
Unit6 (NsVm Nlm
Conditions limites =O;k#j =O;k+j =O;k#j
ak
‘k xk
Commentaires Les conditions limites sont difficiles sinon impossibles à atteindre expé imentalement
Masse effective (libre)
Terme Impédance libre Raideur dynamique libre
1
Symbole Fjlai FjlXi
. .
Fj/vi = Y
Unit6 (NsVm’ (Ns*)/m = kg Nlm
Conditions limites =O;k+j Fk =
O;k#j =O;k+j
Fk Fk
I
I
Commentaires Les conditions limites sont faciles à atteindre mais les résultats doivent être utilisés avec une grande
prudence pour les modèles de système
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60 7626/1-1986 (FI
2 L’« accélérance )) a été malencontreusement appelée (( inertance )) vitesse. Pour le choix d’un transducteur, les principales ca racté-
dans certaines publications. Ce terme n’est pas un terme normalisé et
ristiques à considérer sont indiquées en 5.2.1 à 5.2.4.
devrait être omis parce qu’il est contraire à la définition admise d’« iner-
tance acoustique» et qu’il est l’opposé de ce qui est impliqué quand on
5.2.1 Le transducteur de mouvement doit être d’un faible poids
utilise le terme (( inertance 1).
(ou sans contact avec la structure) de manière à réduire au mini-
mum la charge structurale sur la structure soumise à l’essai.
4.6 gamme de fréquences considérée: Intervalle, en
hertz, entre la fréquence la plus basse et la fréquence la plus
5.2.2 La fixation du transducteur sur la structure soumise à
élevée, et dans lequel les données de mobilité doivent être obte-
l’essai doit avoir une rigidité dans la direction de l’axe primaire
nues dans des séries d’essais données.
de mesure du transducteur.
5.2.3 La fixation doit avoir une surface de contact suffisam-
5 Exigences fondamentales concernant les
ment faible pour éviter un raidissement ou un amortissement de
transducteurs de mesure de force et de
la structure provoqués par le transducteur ou par son support
mouvement
de montage.
5.2.4 Lors de l’application d’une impulsion d’excitation, il
5.1 Généralités
peut se produire une dérive zéro des accélérométres piézo-
Les caractéristiques fondamentales de tous les transducteurs électriques en raison d’un effet pyro-électrique, ce qui limite la
de mesure et qui sont particulièrement importantes pour acqué-
précision de la mesure à des basses fréquences. Une solution
rir des données appropriées sur la mobilité sont les suivantes. peut être apportée à ce problème par l’emploi d’autres trans-
ducteurs de mouvement (par exemple piézo-résistifs, électrody-
a) Les transducteurs doivent avoir une sensibilité suffi-
namiques ou certains types d’accéléromètres piézo-électriques
sante et un faible niveau de bruit de manière à obtenir un
à cisaillement).
rapport signal/bruit de la chaîne de mesure s’appliquant
valablement à la gamme dynamique de la mobilité de la
structure. Comme les structures légèrement amorties
5.3 Exigences concernant les transducteurs
nécessitent une gamme dynamique plus étendue que les
de mesure de force
structures à fort taux d’amortissement, le bruit du transduc-
teur doit être un sujet de préoccupation quand on soumet à
Certaines des caractéristiques énumérées en 5.1 sont plus
des essais une structure à faible taux d’amortissement.
importantes que d’autres pour le choix d’un transducteur de
mesure de force utilisé pour les mesurages de mobilité méca-
b) Si la fonction de réponse en fréquence du transducteur
nique. Comme la conception nécessite toujours des compro-
de mesure n’est pas compensée par un traitement approprié
mis, on doit considérer les points indiqués en 5.3.1 à 5.3.3
du signal, la fréquence naturelle du transducteur de réponse
comme de première importance.
doit être suffisamment en dessous ou au-dessus de la
gamme de fréquences considérée de manière que n’inter-
vienne pas un déphasage inacceptable. 5.3.1 La masse effective d’extrémité (masse entre l’élément
sensible à la force du transducteur et la structure) doit être suf-
c) La sensibilité du transducteur doit être stable dans le
fisamment faible pour réduire au minimum les signaux exté-
temps et avoir un glissement en courant continu négligeable.
rieurs de force d’inertie associés à cette masse. (Voir de plus
amples détails en 8.4.)
d) Les transducteurs doivent être insensibles aux effets de
l’environnement extérieur, tels que température, humidité,
champs magnétiques, champs électriques, champs acous-
5.3.2 La raideur du transducteur de force et de ses compo-
tiques, pulsions de contraintes et pulsions transversales aux
sants doit être telle qu’aucune résonance mettant en cause
axes.
cette raideur n’intervienne dans la gamme des fréquences con-
sidérée. En tant que solution de compromis, l’effet de ces réso-
e) La masse du transducteur et son inertie rotationnelle
nances sur le signal émanant de l’élément sensible à la force
doivent être faibles pour éviter de charger dynamiquement
doit être compensé par un traitement approprié du signal.
la structure soumise à l’essai, ou au moins assez faibles pour
qu’on puisse effectuer une correction de la charge.
5.3.3 La précharge statique doit être appropriée à l’échelle des
II est également important que le système de mesure soit peu
forces d’excitation requises pour l’application des essais. Des
sensible aux effets de circuits électriques de mise à la terre et
transducteurs avec une précharge incorporée sont disponibles
autres signaux extérieurs.
pour résoudre ce problème.
5.4 Exigences concernant les capteurs
52 Exigences concernant les transducteurs
d’impédance et les fixations sur la structure
mesure de mouvement
d’e
soumise à l’essai
Bien que les transducteurs de mesure de mouvement doivent
Un dispositif combinant un accéléromètre et un transducteur
posséder les caractéristiques définies en 5.1, certaines de ces
de force dans le même ensemble, afin de procéder à des mesu-
caractéristiques sont plus importantes que d’autres. Les trans-
res de mobilité, est habituellement appelé un wapteur d’impé-
ducteurs de mouvement utilisés pour les mesurages de mobilité
dance)). La conception de ce capteur résulte d’un compromis
mécanique sont la plupart du temps des accéléromètres; toute-
entre les caractéristiques indiquées en 5.2 et 5.3. Toutefois,
fois, on utilise parfois des transducteurs de déplacement ou de
4
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 7626/1-1986 (FI
NOTES
certaines caractéristiques importantes doivent être soulignées,
comme précisé en 5.4.1 à 5.4.4.
1 Un exemple d’une courbe de mobilité obtenue, montrant l’effet de
la souplesse de la fixation du capteur d’impédance, est illustré à
l’annexe C.
5.4.1 La souplesse totale entre la structure et I’accéléromètre
interne doit être faible car une souplesse trop accentuée intro-
2 II n’est habituellement pas nécessaire d’effectuer un étalonnage du
duira des erreurs dans les mesures de l’accélération.
déphasage à condition que les accéléromètres, les transducteurs de
force et les amplificateurs soient choisis de maniére à avoir une réponse
NOTE - La souplesse totale est la somme de la souplesse de la fixation
à peu prés plate sur toute la gamme de fréquences utilisée pour les
et de la souplesse propre du capteur d’impédance. La souplesse de la
mesures de mobilité, et que I’accélérométre soit concu pour un faible
fixation comprend également la souplesse de 1% effet mort 1) de la struc-
amortissement. II est toutefois de bonne pratique d’afficher l’angle de
ture soumise à l’essai. La souplesse totale peut être déterminée comme
phase entre les sorties du transducteur de force et de I’accéléromètre,
indiqué à l’annexe C.
au moyen d’un comparateur de phase, et de noter tout écart, par rap-
port à l’angle de phase correct, entre les sorties du transducteur de
5.4.2 La masse effective d’extrémité (masse entre l’élément force et de I’accéléromètre pendant que l’on procéde à l’étalonnage
opérationnel.
sensible à la force du transducteur et la structure) doit être
faible par rapport à la masse effective libre de la structure sou-
mise à l’essai.
6.2 Étalonnage de base et étalo Innage
supplémentaire du transducteur
5.4.3 Le moment d’inertie du capteur d’impédance, par rap-
port à un axe dans le plan de la fixation, doit être suffisamment
L’étalonnage de base et l’étalonnage supplémentaire (voir
faible pour réduire au minimum la charge structurelle due au
tableau 2) ont pour but de déterminer l’aptitude du transduc-
mouvement rotationnel autour de cet axe.
teur à être utilisé pour des mesures de mobilité. On emploie, le
plus souvent, des transducteurs piézo-électriques. Si on a
NOTE - D’autres recommandations pour éviter de charger la structure
recours à d’autres types de transducteurs, les méthodes peu-
soumise à l’essai par la fixation des capteurs d’impédance, seront défi-
nies dans I’ISO 7626/2. vent être éventuellement modifiées pour vérifier l’aptitude de
ces transducteurs.
5.4.4 En ce qui concerne la conception du capteur d’impé-
Les transducteurs exhibant des changements de caracté-
dance, on doit veiller à éviter une sensibilité transversale du
ristiques lors des étalonnages de base ou supplémentaire ne
transducteur d’accélération à la force appliquée.
doivent pas être utilisés si ces changements sont inacceptables
comme indiqué dans les chapitres pertinents de la présente
partie de I’ISO 7626.
6 Étalonnage
Tableau 2 - Liste récapitulative des
étalonnages
L’étalonnage peut entrer dans trois catégories :
et essais des transducteu rs
a) étalonnage opérationnel du système combiné de
mesure et d’analyse;
Étalonnage
ou essai
11
b) étalonnage de base du transducteur;
c) étalonnage supplémentaire du transducteur.
Sensibilité 7.2.1
7.2.2
Impédance électrique
7.3 7.3
Dimensions
6.1 Étalonnage opérationnel 8.2 8.2
Masse 8.3 8.3
L’étalonnage opérationnel du systéme combiné de mesure et
Masse effective
d’analyse doit être effectué au début et à la fin de chaque série
d’extrémité 8.4
de mesures (et à des intervalles intermédiaires si requis). Les
méthodes détaillées seront indiquées dans les parties corres- Souplesse du
transducteur
8.5
pondantes de I’ISO 7626 concernant les différents types de
mesures de mobilité, énumérés au chapitre 0.
Polarité 8.6
8.6
Réponse en
L’étalonnage du système combiné est facile à effectuer, plus
fréquence 8.7.1 8.7.2
précis et d’une utilisation plus large que l’étalonnage de base
Linéarité 8.8.1 8.8.2
examiné au chapitre 7. L’étalonnage du système revient à ani-
mer, dans un espace libre une masse libre connue alors que les Sensibilité à
8.9.1 8.9.1
température
gains du canal de force et d’accélération sont réglés sur les et 8.9.2 et 8.9.2
valeurs qui seront utilisées lors des mesures ultérieures. Le rap-
Sensibilité
port de sortie doit suivre la ligne de masse appropriée sur la
transversale 8.9.4
courbe de mobilité en résultant. Si des difficultés surgissent
Sensibilité aux
lors de l’étalonnage du système combiné, un étalonnage de
contraintes
8.9.5
base doit être exécuté.
Les transducteurs destinés à être utilisés avec des amplifica-
La précision de l’échelle de fréquence de la courbe de réponse
teurs particuliers ou avec des conditionneurs de signal doivent
ou des autres sorties de données doit toujours être vérifiée au
être étalonnés dans les conditions de l’emploi prévu. Par exem-
cours de l’étalonnage opérationnel.
5
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ISO 7626/1-1986 IF)
En ce qui concerne les accéléromètres concus pour être utilisés
ple, les transducteurs de force piézo-électriques, les capteurs
avec un amplificateur de charge, les unités de sensibilité de
d’impédance et les accéléromètres devant être utilisés avec des
I’accélérométre doivent être exprimées en picocoulombs par
amplificateurs de charge ou avec des amplificateurs à forte ten-
mètre par seconde
...
762611
Norme internationale
,
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATIONWvlEX~YHAPO~HAR OPTAHM3A~MR fl0 CTAHJ1APTM3A~MM~ORGANISA~ION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Vibrations et chocs - Détermination expérimentale de la
mobilité mécanique -
Partie 1: Définitions fondamentales et transducteurs
- Experïmental determination of mechanical mobiiity - Part 1: Basic definitions and transducers
Vibration and shock
Première édition - 19864845
iî
Réf. no : ISO 7626/1-1986 (FI
CDU 534.1.08
G
si
Descripteurs : vibration, choc mécanique, structure, bâtiment, machine, essai, essai de vibration, détermination, mobilité, matériel d’essai,
transducteur, spécification, étalonnage, représentation des données.
.
i2
Prix basé sur 23 pages
---------------------- Page: 1 ----------------------
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est confiée aux comités techniques de I’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 gouverne-
mentales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO. Les Normes internationales sont approuvées confor-
mément aux procédures de I’ISO qui requièrent l’approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 7626/1 a été élaborée par le comité technique
ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques.
L’attention des utilisateurs est attirée sur le fait que toutes les Normes internationales
sont de temps en temps soumises à révision et que toute référence faite à une autre
.
Norme internationale dans le présent document implique qu’il s’agit, sauf indication
contraire, de la derniére édition.
Organisation internationale de normalisation, 1986 0
0
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
IsO7626/1-1986 (FI
Sommaire
Page
0 Introduction .
.........................................
1 Objet et domaine d’application
2 Références .
...................................................
3 Symboles et unités
4 Définitions. .
5 Exigences fondamentales concernant les transducteurs de mesure de force
4
etdemouvement .
5
6 Étalonnage .
...................... 6
7 Étalonnage de base du transducteur piézo-électrique
.......................................... 7
8 Étalonnages supplémentaires
............................................. 10
9 Présentation des données
Annexes
...... 17
A Relation entre l’impédance mécanique, la mobilité et l’analyse modale.
.................. 19
B Mobilité en tant que fonction de la réponse en fréquence
C Détermination de la souplesse et de l’amortissement des fixations
............................................ 21
des capteurs d’impédance
23
Bibliographie .
. . .
III
---------------------- Page: 3 ----------------------
Page blanche
---------------------- Page: 4 ----------------------
~~~
NORME INTERNATIONALE ISO 7626/1-1986 (F)
Vibrations et chocs - Détermination expérimentale de la
mobilité mécanique -
Partie 1: Définitions fondamentales et transducteurs
0 Introduction d’une structure, le système aura ainsi une matrice générale de
mobilite correspondant à 6IV x 6N.
0.1 introduction générale à I’ISO 7626 sur le
En pratique et dans la plupart des cas, il n’est pas nécessaire de
mesurage de la mobilité
connaître la matrice 6N x 6N toute entière. II est souvent suffi-
sant de mesurer la mobilité du point d’application et quelques
Les caractéristiques dynamiques des structures peuvent être
mobilités de transfert par excitation d’un seul point dans une
déterminées comme une fonction de la fréquence à partir des
seule direction, puis de mesurer la réponse translationnelle aux
mesurages de la mobilité ou des fonctions de réponse en fré-
points critiques de la structure. Dans d’autres applications,
quence correspondantes, appelées accélérance et souplesse
seules les mobilités rotationnelles peuvent présenter de l’intérêt.
(élasticité) dynamique. Chacune de ces fonctions de réponse
en fréquence est le vecteur tournant de la réponse du mouve-
Pour simplifier l’utilisation des différentes parties de I’ISO 7626
ment en un point de la structure, dû à la force (ou au moment)
lors de mesurages variés de la mobilité, effectués dans la pra-
.
d’excitation. L’amplitude et la phase de ces fonctions dépen-
tique, I’ISO 7626 est publiée sous forme d’un ensemble de cinq
dent de la fréquence.
parties séparées.
L’accélérance et la souplesse dynamique différent de la mobilité L’ISO 7626/1 (la présente partie de I’ISO 7626) concerne les
uniquement dans le sens que la réponse du mouvement est définitions fondamentales et les transducteurs. Les informa-
exprimée repectivement en termes d’accélération et de déplace-
tions fournies par la présente partie de I’ISO 7626 sont commu-
ment au lieu d’apparaître en termes de vitesse. Pour simplifier
nes à la plupart des opérations de mesurage de la mobilité.
les différentes parties de I’ISO 7626, on utilisera uniquement le
L’ISO 7626/2 concerne les mesurages de la mobilité à partir
terme de (( mobilité)). II est néanmoins entendu que toutes les
d’une excitation translationnelle en un seul point à l’aide d’un
méthodes d’essai et les exigences requises s’appliquent égale-
générateur de vibrations solidaire de ce point.
ment à la détermination de I’accélérance et de la souplesse
dynamique.
L’ISO 7626/3 concerne les mesurages de la mobilité à partir
d’une excitation rotationnelle en un seul point à l’aide d’un
Les mesurages de la mobilité servent en général a:
générateur de vibrations solidaire de ce point. Les informations
fournies servent surtout à prédire la resonance en torsion d’un
a) prédire la réponse dynamique de structures à une exci-
système rotor.
tation d’entrée connue ou supposée;
b) déterminer les propriétés modales d’une structure (fré- L’ISO 7626/4 concerne les mesurages de la matrice de mobilité
quences naturelles, formes de mode et taux d’amortisse- toute entiere à l’aide de générateurs de vibrations solidaires.
ment) ; Ceci inclut les termes rendant compte des excitations transla-
tionnelles, rotationnelles et leurs combinaisons pour la matrice
c) prédire l’interaction dynamique de structures intercon-
6 x 6 à chaque endroit de la structure.
nectées;
L’ISO 7626/5 concerne les mesurages de la mobilité à partir
d) vérifier la validité et améliorer la précision des modéles
d’une excitation d’impact à l’aide d’un générateur non fixé à la
mathématiques des structures;
structure.
e) déterminer les propriétés dynamiques (c’est-à-dire le
module complexe d’élasticité) des matériaux sous une
La mobilité mécanique est définie comme la fonction de
forme pure ou composite.
réponse en fréquence formée par le rapport du vecteur tour-
nant de la réponse en vitesse, en translation et en rotation, au
vecteur tournant de la force appliquée ou de l’excitation du
Pour certaines applications, une description complète des
caractéristiques dynamiques peut être requise à l’aide des mouvement. Si la réponse est mesurée avec un accélérométre,
la conversion en vitesse est nécessaire pour obtenir la mobilité.
mesures des forces de translation et des mouvements le long
de trois axes mutuellement perpendiculaires de même que des Une autre solution est d’utiliser le rapport d’accélération à la
mesures de moments et mouvements de rotation autour de ces force, appel& accélérance, pour caractériser une structure.
Dans d’autres cas, on peut aussi utiliser la souplesse dyna-
trois axes. Cet ensemble de mesures fournit une matrice de
mobilité 6 x 6 pour chaque endroit examiné. Pour Iv endroits mique, à savoir le rapport du déplacement à la force.
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ISO 7626/1-1986 (F)
Dans les études précédentes, les fonctions de réponse en fré- 3 Symboles et unités
NOTE -
quence des structures ont souvent été exprimées en termes de récipro-
que de l’une des caractéristiques dynamiques sus-mentionnées. La
réciproque arithmétique de la mobilité mécanique a souvent été nom-
Symbole Désignation
Unité SI
mée impédance mécanique. On devrait noter toutefois que ceci peut
a Accélération
prêter a confusion car la réciproque arithmétique de la mobilité ne m/s*
représente pas, en général, l’un des éléments de la matrice d’impé-
aiIF’ Accélérance
m/(Ns*)
dance d’une structure. Ce point est traité dans l’annexe A.
E Sortie transducteur
V
Les données d’essai de mobilité ne peuvent être utilisées direc-
Fréquence
f Hz
tement en tant que partie du modèle d’impédance d’une struc-
F Force
ture. Pour que les données soient compatibles avec le modèle, N
la matrice d’impédance du modèle doit être convertie en mobi-
k Raideur
Nlm
lité ou vice versa (voir les restrictions exposées au chapitre A.3
m Masse
de l’annexe A). kg
S Sensibilité
Wunités de la
variable de sortie
0.2 Introduction à la présente partie de I’ISO 7626
V Vitesse
mis
Avant de procéder à des mesurages de la mobilité, il est néces-
x
Déplacement m
saire d’évaluer les caractéristiques des transducteurs de force et
XilFj Souplesse dynamique
de réponse qui seront utilisés afin de s’assurer qu’on obtiendra m/N
des informations d’amplitude et de phase correctes sur toute la
Mobilité
m/(Ns)
yij
gamme de fréquences considérée.
z Impédance libre
Nslm
La présente partie de I’ISO 7626 donne les principes directeurs
Impédance bloquée
Nslm
Zij
pour le choix, l’étalonnage et l’évaluation des transducteurs et
instruments au vu de leur aptitude à effectuer des mesurages
de mobilité.
4 Définitions
Les termes généraux et leurs définitions utilisés dans la pré-
1 Objet et domaine d’application
sente partie de I’ISO 7626 sont tirées de I’ISO 2041. Plusieurs
des plus importantes définitions choisies pour le mesurage et la
La présente partie de I’ISO 7626 fournit des définitions fonda-
présentation des données de la mobilité mécanique sont énu-
mentales, avec commentaires, et identifie les essais d’étalon-
mérées ci-après pour mettre l’accent sur leur emploi dans la
nage, les essais d’environnement et les paramètres physiques
présente partie de I’ISO 7626.
nécessaires, permettant de déterminer l’aptitude de capteurs
d’impédance, de transducteurs de force et de transducteurs de
4.1 fonction de la réponse en fréquence: Rapport de la
réponse à être employés pour le mesurage de la mobilité méca-
fréquence du vecteur tournant de la réponse de mouvement au
nique.
vecteur tournant de la force d’excitation.
La présente partie de I’ISO 7626 se limite aux informations
NOTES
essentielles relatives aux différents points d’application, à la
1 Les fonctions de la réponse en fréquence sont des propriétés de
mobilité de transfert et aux mesurages de I’accélérance et de la
systémes dynamiques linéaires ne dépendant pas du type de la fonc-
souplesse dynamique. Les mesurages faisant appel à I’impé-
tion d’excitation. L’excitation peut être une fonction du temps harmo-
dance mécanique bloquée (voir 4.3) ne sont pas traités ici.
nique, aléatoire ou transitoire. Les résultats d’essai pour un type d’exci-
NOTE - Les méthodes de mesurage de la mobilité dans des circons- tation peuvent ainsi être utilisés pour prédire la réponse du systéme à
tances variées seront décrites dans I’ISO 7626/2, I’ISO 7626/3, tout autre type d’excitation. On trouvera dans l’annexe B une discus-
I’ISO 7626/4 et I’ISO 7626/5. sion sur les vecteurs tournants et leurs équivalents pour une excitation
aléatoire et transitoire.
2 La linéarité d’un systéme est une condition qui, dans la pratique,
n’est remplie qu’approximativement, en fonction du type de système et
2 Références
de l’importance de l’impulsion. On devrait prendre soin d’éviter les
effets non linéaires, particulièrement dans le cas de l’application d’une
ISO 2041, Vibrations et chocs - Vocabulaire.
excitation impulsive. Les structures connues pour être non linéaires
ISO 4865, Vibrations et chocs - Méthodes pour l’analyse et la
(par exemple certaines structures rivetées) ne devraient pas être
présentation des données. 1)
essayées à l’aide d’excitation impulsive et l’on devrait prendre les plus
grandes précautions quand on a recours à une excitation aléatoire pour
I SO 5347, Vibrations et chocs - Méthodes d’étalonnage des
procéder à des essais sur ces structures.
cap teurs de vibrations et de chocs. 1)
3 Le mouvement peut être exprimé en termes de vitesse, d’accéléra-
Publication CEI 263, Échelles et dimensions des graphiques
tion ou de déplacement. Les désignations correspondantes des fonc-
pour le trac& des courbes de réponse en fréquence et des dia-
tions de réponse en fréquence sont respectivement la mobilité, I’accé-
Iérance et la souplesse dynamique.
grammes polaires.
1) Actuellement au stade de projet.
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 7626/1-1986 (FI
ques avec les données expérimentales de mobilité, il est nécessaire de
4.2 mobilité, Yij: La fonction de réponse en fréquence for-
convertir la matrice analytique d’impédance bloquée en matrice de
mée par le rapport du vecteur tournant de la réponse en vitesse
mobilité, ou vice versa, comme indiqué à l’annexe A.
au point i au vecteur tournant de la force d’excitation au point
j, compte tenu que la réponse de tous les autres points de la
structure correspond à une réaction libre de points non soumis
4.4 imphdance libre : Rapport du vecteur tournant de la
à des contraintes autres que celles provenant du support nor-
force d’excitation appliquée au vecteur tournant de la vitesse en
mal de la structure dans l’application en cause. Un graphique
résultant, tous les autres points de connexion du système étant
type est montré sur la figure 1.
libres, c’est-à-dire étant soumis à des forces de restriction éga-
les à zéro. L’impédance libre est la réciproque arithmétique d’un
NOTES
seul élément de la matrice de mobilité, comme défini en 4.2.
1 La réponse en vitesse peut être translationnelle ou rotationnelle, et
NOTES .
la force d’excitation peut être une force rectiligne ou un moment.
1 Jusqu’à présent, on a fait rarement une distinction entre impédance
2 Si la réponse en vitesse mesurée est translationnelle et si la force
bloquée et impédance libre. On devrait donc faire attention en interpré-
d’excitation appliquée est rectiligne, les unités du terme de mobilité
tant les données publiées.
seront exprimées en mètres par newton seconde dans le système SI.
2 Quand elle est déterminée expérimentalement, l’impédance libre
peut être mise sous la forme d’une matrice. Cette dernière est assez dif-
férente de la matrice d’impédance bloquée résultant du modéle mathé-
4.3 impbdance bloqube, Zij: Fonction de réponse en fré-
matique d’une structure. En conséquence, elle n’est pas conforme aux
quence formée par le rapport du vecteur tournant du blocage
exigences indiquées à l’annexe A quand on utilise l’impédance mécani-
ou de la réponse en force au point d’application i au vecteur
que lors d’une analyse théorique globale d’un systéme.
tournant de la vitesse d’excitation appliquée au point j, tous les
autres points de la structure étant bloqués, c’est-à-dire con-
4.5 Autres fonctions de réponse en fréquence
traints à une vitesse zero. Toutes les forces et tous les moments
reliées à la mobilité
requis pour contraindre complètement les points considérés de
la structure doivent être mesurés afin de parvenir à une matrice
II existe plusieurs autres rapports de réponse structurale qui
d’impédance bloquée valable. De ce fait, les mesurages d’impé-
sont parfois utilisés à la place de la mobilite mécanique. Ces
dance bloquée (voir [13]) sont rarement effectués et ne sont
rapports sont résumés au tableau 1.
pas traités dans les différentes parties de I’ISO 7626.
On doit prendre note des commentaires accompagnant chaque
NOTES
type de rapport. Des courbes présentant des grandeurs types
1 Tout changement du nombre des points de mesure ou de leur
pour I’accélérance et la souplesse dynamique, correspondant à
emplacement modifie les impédances bloquées à tous ces points de
la courbe de mobilité de la figure 1, sont illustrées respective-
mesure.
ment sur les figures 2 et 3.
2 Le but essentiel de l’impédance bloquée est de construire un
NOTES
modéle mathématique d’une structure en faisant intervenir les techni-
ques de masse globale, d’éléments de raideur et d’amortissement ou 1 La souplesse dynamique est appelée G réceptance)) par plusieurs
d’élément fini. Si on compare ou on combine ces modèles mathémati- auteurs.
Définitions équivalentes à utiliser pour différents types de fonctions de réponse en fhquence mesurées,
Tableau 1 -
en rapport avec la mobilit6 mécanique
Mouvement exprimé Mouvement exprimé Mouvement exprimé -
en tant que vitesse en tant qu’accélération en tant que déplacement
Mobilité Accélérance Souplesse dynamique -
Terme
Symbole = VilFj aiIF’ XilF”
yij
m/(Ns*) = kg-1
Unité m/(Ns) m/N
Conditions limites =O;k+j =O;k#j =O;k+j
Fk Fk
Fk
Voir figure 1 2 3
Les conditions limites sont faciles à atteindre expérimentalement
Commentaires
Impédance bloquée Masse effective bloquée Raideur dynamique
Terme
Symbole = Fi/Vj Filaj Fil-Xi
zij
(Ns*)/m = kg
Unit6 (NsVm Nlm
Conditions limites =O;k#j =O;k+j =O;k#j
ak
‘k xk
Commentaires Les conditions limites sont difficiles sinon impossibles à atteindre expé imentalement
Masse effective (libre)
Terme Impédance libre Raideur dynamique libre
1
Symbole Fjlai FjlXi
. .
Fj/vi = Y
Unit6 (NsVm’ (Ns*)/m = kg Nlm
Conditions limites =O;k+j Fk =
O;k#j =O;k+j
Fk Fk
I
I
Commentaires Les conditions limites sont faciles à atteindre mais les résultats doivent être utilisés avec une grande
prudence pour les modèles de système
---------------------- Page: 7 ----------------------
60 7626/1-1986 (FI
2 L’« accélérance )) a été malencontreusement appelée (( inertance )) vitesse. Pour le choix d’un transducteur, les principales ca racté-
dans certaines publications. Ce terme n’est pas un terme normalisé et
ristiques à considérer sont indiquées en 5.2.1 à 5.2.4.
devrait être omis parce qu’il est contraire à la définition admise d’« iner-
tance acoustique» et qu’il est l’opposé de ce qui est impliqué quand on
5.2.1 Le transducteur de mouvement doit être d’un faible poids
utilise le terme (( inertance 1).
(ou sans contact avec la structure) de manière à réduire au mini-
mum la charge structurale sur la structure soumise à l’essai.
4.6 gamme de fréquences considérée: Intervalle, en
hertz, entre la fréquence la plus basse et la fréquence la plus
5.2.2 La fixation du transducteur sur la structure soumise à
élevée, et dans lequel les données de mobilité doivent être obte-
l’essai doit avoir une rigidité dans la direction de l’axe primaire
nues dans des séries d’essais données.
de mesure du transducteur.
5.2.3 La fixation doit avoir une surface de contact suffisam-
5 Exigences fondamentales concernant les
ment faible pour éviter un raidissement ou un amortissement de
transducteurs de mesure de force et de
la structure provoqués par le transducteur ou par son support
mouvement
de montage.
5.2.4 Lors de l’application d’une impulsion d’excitation, il
5.1 Généralités
peut se produire une dérive zéro des accélérométres piézo-
Les caractéristiques fondamentales de tous les transducteurs électriques en raison d’un effet pyro-électrique, ce qui limite la
de mesure et qui sont particulièrement importantes pour acqué-
précision de la mesure à des basses fréquences. Une solution
rir des données appropriées sur la mobilité sont les suivantes. peut être apportée à ce problème par l’emploi d’autres trans-
ducteurs de mouvement (par exemple piézo-résistifs, électrody-
a) Les transducteurs doivent avoir une sensibilité suffi-
namiques ou certains types d’accéléromètres piézo-électriques
sante et un faible niveau de bruit de manière à obtenir un
à cisaillement).
rapport signal/bruit de la chaîne de mesure s’appliquant
valablement à la gamme dynamique de la mobilité de la
structure. Comme les structures légèrement amorties
5.3 Exigences concernant les transducteurs
nécessitent une gamme dynamique plus étendue que les
de mesure de force
structures à fort taux d’amortissement, le bruit du transduc-
teur doit être un sujet de préoccupation quand on soumet à
Certaines des caractéristiques énumérées en 5.1 sont plus
des essais une structure à faible taux d’amortissement.
importantes que d’autres pour le choix d’un transducteur de
mesure de force utilisé pour les mesurages de mobilité méca-
b) Si la fonction de réponse en fréquence du transducteur
nique. Comme la conception nécessite toujours des compro-
de mesure n’est pas compensée par un traitement approprié
mis, on doit considérer les points indiqués en 5.3.1 à 5.3.3
du signal, la fréquence naturelle du transducteur de réponse
comme de première importance.
doit être suffisamment en dessous ou au-dessus de la
gamme de fréquences considérée de manière que n’inter-
vienne pas un déphasage inacceptable. 5.3.1 La masse effective d’extrémité (masse entre l’élément
sensible à la force du transducteur et la structure) doit être suf-
c) La sensibilité du transducteur doit être stable dans le
fisamment faible pour réduire au minimum les signaux exté-
temps et avoir un glissement en courant continu négligeable.
rieurs de force d’inertie associés à cette masse. (Voir de plus
amples détails en 8.4.)
d) Les transducteurs doivent être insensibles aux effets de
l’environnement extérieur, tels que température, humidité,
champs magnétiques, champs électriques, champs acous-
5.3.2 La raideur du transducteur de force et de ses compo-
tiques, pulsions de contraintes et pulsions transversales aux
sants doit être telle qu’aucune résonance mettant en cause
axes.
cette raideur n’intervienne dans la gamme des fréquences con-
sidérée. En tant que solution de compromis, l’effet de ces réso-
e) La masse du transducteur et son inertie rotationnelle
nances sur le signal émanant de l’élément sensible à la force
doivent être faibles pour éviter de charger dynamiquement
doit être compensé par un traitement approprié du signal.
la structure soumise à l’essai, ou au moins assez faibles pour
qu’on puisse effectuer une correction de la charge.
5.3.3 La précharge statique doit être appropriée à l’échelle des
II est également important que le système de mesure soit peu
forces d’excitation requises pour l’application des essais. Des
sensible aux effets de circuits électriques de mise à la terre et
transducteurs avec une précharge incorporée sont disponibles
autres signaux extérieurs.
pour résoudre ce problème.
5.4 Exigences concernant les capteurs
52 Exigences concernant les transducteurs
d’impédance et les fixations sur la structure
mesure de mouvement
d’e
soumise à l’essai
Bien que les transducteurs de mesure de mouvement doivent
Un dispositif combinant un accéléromètre et un transducteur
posséder les caractéristiques définies en 5.1, certaines de ces
de force dans le même ensemble, afin de procéder à des mesu-
caractéristiques sont plus importantes que d’autres. Les trans-
res de mobilité, est habituellement appelé un wapteur d’impé-
ducteurs de mouvement utilisés pour les mesurages de mobilité
dance)). La conception de ce capteur résulte d’un compromis
mécanique sont la plupart du temps des accéléromètres; toute-
entre les caractéristiques indiquées en 5.2 et 5.3. Toutefois,
fois, on utilise parfois des transducteurs de déplacement ou de
4
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 7626/1-1986 (FI
NOTES
certaines caractéristiques importantes doivent être soulignées,
comme précisé en 5.4.1 à 5.4.4.
1 Un exemple d’une courbe de mobilité obtenue, montrant l’effet de
la souplesse de la fixation du capteur d’impédance, est illustré à
l’annexe C.
5.4.1 La souplesse totale entre la structure et I’accéléromètre
interne doit être faible car une souplesse trop accentuée intro-
2 II n’est habituellement pas nécessaire d’effectuer un étalonnage du
duira des erreurs dans les mesures de l’accélération.
déphasage à condition que les accéléromètres, les transducteurs de
force et les amplificateurs soient choisis de maniére à avoir une réponse
NOTE - La souplesse totale est la somme de la souplesse de la fixation
à peu prés plate sur toute la gamme de fréquences utilisée pour les
et de la souplesse propre du capteur d’impédance. La souplesse de la
mesures de mobilité, et que I’accélérométre soit concu pour un faible
fixation comprend également la souplesse de 1% effet mort 1) de la struc-
amortissement. II est toutefois de bonne pratique d’afficher l’angle de
ture soumise à l’essai. La souplesse totale peut être déterminée comme
phase entre les sorties du transducteur de force et de I’accéléromètre,
indiqué à l’annexe C.
au moyen d’un comparateur de phase, et de noter tout écart, par rap-
port à l’angle de phase correct, entre les sorties du transducteur de
5.4.2 La masse effective d’extrémité (masse entre l’élément force et de I’accéléromètre pendant que l’on procéde à l’étalonnage
opérationnel.
sensible à la force du transducteur et la structure) doit être
faible par rapport à la masse effective libre de la structure sou-
mise à l’essai.
6.2 Étalonnage de base et étalo Innage
supplémentaire du transducteur
5.4.3 Le moment d’inertie du capteur d’impédance, par rap-
port à un axe dans le plan de la fixation, doit être suffisamment
L’étalonnage de base et l’étalonnage supplémentaire (voir
faible pour réduire au minimum la charge structurelle due au
tableau 2) ont pour but de déterminer l’aptitude du transduc-
mouvement rotationnel autour de cet axe.
teur à être utilisé pour des mesures de mobilité. On emploie, le
plus souvent, des transducteurs piézo-électriques. Si on a
NOTE - D’autres recommandations pour éviter de charger la structure
recours à d’autres types de transducteurs, les méthodes peu-
soumise à l’essai par la fixation des capteurs d’impédance, seront défi-
nies dans I’ISO 7626/2. vent être éventuellement modifiées pour vérifier l’aptitude de
ces transducteurs.
5.4.4 En ce qui concerne la conception du capteur d’impé-
Les transducteurs exhibant des changements de caracté-
dance, on doit veiller à éviter une sensibilité transversale du
ristiques lors des étalonnages de base ou supplémentaire ne
transducteur d’accélération à la force appliquée.
doivent pas être utilisés si ces changements sont inacceptables
comme indiqué dans les chapitres pertinents de la présente
partie de I’ISO 7626.
6 Étalonnage
Tableau 2 - Liste récapitulative des
étalonnages
L’étalonnage peut entrer dans trois catégories :
et essais des transducteu rs
a) étalonnage opérationnel du système combiné de
mesure et d’analyse;
Étalonnage
ou essai
11
b) étalonnage de base du transducteur;
c) étalonnage supplémentaire du transducteur.
Sensibilité 7.2.1
7.2.2
Impédance électrique
7.3 7.3
Dimensions
6.1 Étalonnage opérationnel 8.2 8.2
Masse 8.3 8.3
L’étalonnage opérationnel du systéme combiné de mesure et
Masse effective
d’analyse doit être effectué au début et à la fin de chaque série
d’extrémité 8.4
de mesures (et à des intervalles intermédiaires si requis). Les
méthodes détaillées seront indiquées dans les parties corres- Souplesse du
transducteur
8.5
pondantes de I’ISO 7626 concernant les différents types de
mesures de mobilité, énumérés au chapitre 0.
Polarité 8.6
8.6
Réponse en
L’étalonnage du système combiné est facile à effectuer, plus
fréquence 8.7.1 8.7.2
précis et d’une utilisation plus large que l’étalonnage de base
Linéarité 8.8.1 8.8.2
examiné au chapitre 7. L’étalonnage du système revient à ani-
mer, dans un espace libre une masse libre connue alors que les Sensibilité à
8.9.1 8.9.1
température
gains du canal de force et d’accélération sont réglés sur les et 8.9.2 et 8.9.2
valeurs qui seront utilisées lors des mesures ultérieures. Le rap-
Sensibilité
port de sortie doit suivre la ligne de masse appropriée sur la
transversale 8.9.4
courbe de mobilité en résultant. Si des difficultés surgissent
Sensibilité aux
lors de l’étalonnage du système combiné, un étalonnage de
contraintes
8.9.5
base doit être exécuté.
Les transducteurs destinés à être utilisés avec des amplifica-
La précision de l’échelle de fréquence de la courbe de réponse
teurs particuliers ou avec des conditionneurs de signal doivent
ou des autres sorties de données doit toujours être vérifiée au
être étalonnés dans les conditions de l’emploi prévu. Par exem-
cours de l’étalonnage opérationnel.
5
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 7626/1-1986 IF)
En ce qui concerne les accéléromètres concus pour être utilisés
ple, les transducteurs de force piézo-électriques, les capteurs
avec un amplificateur de charge, les unités de sensibilité de
d’impédance et les accéléromètres devant être utilisés avec des
I’accélérométre doivent être exprimées en picocoulombs par
amplificateurs de charge ou avec des amplificateurs à forte ten-
mètre par seconde
...
Questions, Comments and Discussion
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