Acquisition des données

La technique de contrôle santé structurale active est basée sur l’idée que la structure sous surveillance est excitée via des actionneurs avec un signal d’excitation bien choisi pour l’ap- plication concernée. À partir de l’analyse de la réponse de la structure à cette excitation, un

2. La tension nominale définit l’intervalle de tension acceptable sans endommager le PZT (tension de claquage)

diagnostic, permettant de statuer par rapport à l’état de santé de ladite structure, est établi. La représentation schématique de ce principe est illustrée à travers la figure 6.4où l’on peut voir toute la chaine de contrôle, partant de la génération du signal d’excitation, de l’acquisi- tion des données au diagnostic du dommage. L’émetteur représente le PZT qui agit en mode actionneur, tandis que le récepteur désigne le PZT agissant en mode capteur.

GBF

Ampli Tension

Multiplexeur

Syst`eme d’acquisition des donn´ees (LDS Nicolet Genesis) Structure Dommage PZT Actionneur PZT Capteur Diagnostic dommage

Figure 6.4 – Approche active pour le contrôle santé structurale

Echantillon de test Amplificateur de tension GBF Multiplexeur LDS Nicolet Genesis

Figure 6.5 – Dispositif expérimental d’acquisition des données sur les coupons en CFRP

Le dispositif expérimental utilisé dans le cadre de ce travail est présenté figure 6.5, où le coupon test dont on souhaite contrôler son état de santé est suspendu à un portique afin que les bords de la structure soient libres de toutes contraintes extérieures. Un signal, de type sweep exponentiel dans notre cas, est généré à l’aide d’un générateur basse fréquence (GBF). Ce 113

signal est ensuite amplifié et transmis à un PZT qui joue alors le rôle d’actionneur, le signal électrique est converti en action mécanique dans la structure (effet piézoélectrique direct). Un autre PZT qui est utilisé en mode capteur mesure ensuite la déformation mécanique de la structure qui est alors convertie en un signal électrique (effet piézoélectrique inverse). Un système d’acquisition LDS Nicolet Genesis permet d’enregistrer les signaux mesurés. Un multiplexeur Acquitek a été également utilisé afin d’automatiser la procédure d’excitation- acquisition, évitant ainsi de connecter et déconnecter les câbles des PZTs lorsque ceux-ci agissent en mode "actionneur" ou en mode "capteur". En effet, cette automatisation devient indispensable à partir du moment où l’on souhaite réaliser un grand nombre d’acquisitions des signaux sur chacune des structures étudiées. Toutes les composantes de la chaine d’acquisition détaillée ci-dessus sont pilotés de façon automatique via un script Matlab dont les principales parties sont données par la figure6.6.

1- D´efinition des param`etres: - Adresses IP

- Param`etres d’acquisition

- Param`etres du signal d’excitation

2- Initialisation: GBF, multiplexeur, syst`eme d’acquisition

       3- Acquisition:

- Se connecter au syst`eme d’acquisition, au GBF et au multiplexeur

- Se d´econnecter du syst`eme d’acquisition, du GBF et du multiplexeur Boucle sur les r´ep´etitions de mesure

Boucle sur les PZTs 

Fin Fin

4- Chargement et sauvegarde des donn´ees de mesure

5- Visualisation des donn´ees de mesure

Figure 6.6 – Principales parties du script d’automatisation de l’acquisition des signaux

La première étape consiste à définir certains paramètres ; les adresses IP du GBF ainsi que du multiplexeur, les paramètres du signal d’excitation illustrés dans la table6.3et finalement les paramètres d’acquisition détaillés dans la table6.4. Le choix des paramètres fmin et fmax

du signal d’excitation est justifié par le fait que nous avons voulu explorer la réponse de la structure sous une large gamme de fréquence. Quand au choix de la durée, T , du signal, 114

celui-ci est justifié par la relation T = (2m − 1 2)

ln(f2/f1)

2f1 , avec m ∈ N

∗ _{(chapitre 4, §4.2.4).}

Par ailleurs, une durée suffisamment courte permet d’éviter les problèmes de chargement et de sauvegarde des données de mesure. La fréquence d’échantillonnage est justifiée par le théorème de Shannon3_{. L’amplitude du signal d’excitation est choisi de façon à pouvoir tester} des amplitudes croissantes tout en respectant les limites de fonctionnement de la chaine de mesure et en particulier de l’amplificateur.

Table 6.3 – Paramètres du signal d’excitation - Coupons réels

Propriété Valeurs

fmin 103Hz

fmax 105Hz

f s 107Hz

tlen 0.45s

amp ∈ {10, 20, 30, 40, 50} V après amplification

Table 6.4 – Paramètres d’acquisition

Propriété Détails Valeurs

f sacqui la fréquence d’échantillon-

nage lors de l’acquisition

106Hz recordlength la durée d’enregistrement 0.5s

nbactiveChannels Nombre de voies actives du

système d’acquisition

2

span l’étendue du signal _{∈ {22, 42, 62, 82, 102} V} nbrecords Nombre de répétitions de

mesure

20 pauselength Temps d’attente entre deux

instances de mesure succes- sives

2s

L’étape d’après consiste à initialiser le GBF, le multiplexeur et le système d’acquisition. Suite à cette étape, on procède à l’acquisition. Dans le cadre de ce manuscrit, nous avons considérés 20 répétitions de mesure. A chaque répétition, on boucle sur les éléments piézoélectriques en faisant travailler à chaque itération un seul PZT en mode actionneur et tous les autres en mode capteur. Une fois l’étape d’acquisition est réalisée, les données de mesure sont chargées, sauvegardées et enfin visualisées. La figure6.7illustre la matrice des signaux obtenus pour une répétition de mesure sur la plaque référencée "3 impacts". Un élément (i,j), i étant l’indice de ligne et j l’indice de colonne, de cette matrice représente le signal obtenu lorsque le jème

3. Dans le cas général, le théorème d’échantillonnage énonce que l’échantillonnage d’un signal exige un nombre d’échantillons par unité de temps supérieur au double de l’écart entre les fréquences minimale et maximale qu’il contient. Dans le cas le plus courant, la fréquence minimale du signal est négligeable par rapport à la fréquence maximale et le théorème affirme simplement : La représentation discrète d’un signal exige des échantillons régulièrement espacés à une fréquence d’échantillonnage supérieure au double de la fréquence maximale présente dans ce signal.

PZT est activé en mode actionneur et la réponse est mesurée via le ième _{PZT. Les éléments}

de la diagonale sont donc les signaux d’excitation mesurés sur les différents PZT.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 −10 −5 0 5 10 Sen. 1 Act. 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 −4 −2 0 2 4 Act. 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 −4 −2 0 2 4 Sen. 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 −10 −5 0 5 10

Figure 6.7 – Exemple de signaux mesurés sur un coupon équipé de deux PZTs - Répétition 1, cas du coupon avec "3 impacts" LASER