La fiche technique vous donne une bande passante. Le montage décide de la part qui vous reste.
Tous les capteurs de vibrations sans fil du marché annoncent une plage de fréquences. Peu d’entre eux précisent que ce chiffre a été mesuré sur un pot vibrant d’étalonnage, le capteur boulonné à un bloc d’acier par un goujon, et que sur votre machine, avec la base qu’ils livrent et le montage que vous utilisez, la plage utile peut n’en être qu’une fraction.
La raison n’est pas électronique. Elle est mécanique, et elle est ancienne : le capteur et son montage forment un système masse-ressort qui possède sa propre résonance, et au-delà d’une fraction de cette résonance, la lecture n’est plus la vibration de la machine mais celle du capteur. Où tombe cette résonance dépend de trois choses visibles en regardant le capteur : son poids, la raideur de sa liaison avec la machine et la hauteur de sa masse au-dessus de cette liaison.
Cet article explique ces trois choses, ce qu’elles impliquent pour la façon de construire un capteur, et comment nous avons construit le PHANTOM® Gen 4 autour d’elles. La physique est dans l’ISO 5348, la norme sur le montage mécanique des accéléromètres, et dans n’importe quel manuel de vibrations ; rien de tout cela n’est à nous.
Le capteur fait partie de la chaîne de mesure
Boulonnez une masse sur une surface et vous avez construit un oscillateur. La masse est le capteur ; le ressort est tout ce qui se trouve entre l’élément sensible et la machine : le boîtier, la base, le filetage ou la colle, l’état de surface. Ce système a une fréquence propre, la résonance montée, et elle suit la plus vieille formule de la vibration :
fn = (1 / 2π) · √(k / m)
où k est la raideur de la liaison et m la masse qui repose dessus. Liaison plus raide, résonance plus haute ; capteur plus lourd, résonance plus basse. Près de cette fréquence, le capteur amplifie ce qu’il voit ; bien en dessous, il suit fidèlement la surface. C’est pourquoi l’ISO 5348 et les fabricants d’accéléromètres donnent la même règle pratique : rester en dessous d’environ un cinquième de la résonance montée si l’on veut une erreur d’amplitude faible. Un capteur dont la résonance montée se situe à 10 kHz est, en pratique, un capteur de 2 kHz, quoi que l’électronique puisse échantillonner.
La question à poser sur tout capteur sans fil n’est donc pas « quelle bande passante a la puce » mais « où est la résonance montée, avec la base que vous livrez et le montage que je vais utiliser ». Les trois variables qui y répondent sont toutes visibles de l’extérieur.
Trois choses fixent la résonance montée
La masse. Plus de masse sur la même liaison signifie une résonance plus basse : c’est le m sous la racine. La masse en soi n’est pas un défaut : un capteur a besoin d’un boîtier qui survive à une usine, et la raideur de ce boîtier fait partie de la liaison. Ce qui compte, c’est où se trouve la masse, ce qui nous amène à la troisième variable.
La raideur de la liaison. C’est la variable à la plus grande amplitude, parce que la liaison se choisit à l’installation, pas en usine. L’ISO 5348 classe les options du meilleur au moins bon couplage : un goujon fileté dans la machine, une fine couche d’adhésif, un aimant. Le classement ne se discute pas. Un goujon plaque le capteur contre une surface usinée avec toute la raideur du filetage ; l’adhésif est une couche souple dont la raideur dépend de son épaisseur et de sa polymérisation ; un aimant est une seconde masse sur une seconde liaison, plus souple. Chaque cran vers le bas de la liste abaisse la résonance montée, et avec elle la bande utile.
La hauteur du centre de masse. Un système masse-ressort possède aussi un mode de basculement. Imaginez le capteur comme un pendule inversé posé sur sa liaison : plus son centre de masse est haut au-dessus du plan de montage, plus son moment d’inertie autour de ce plan est grand, et plus basse est la fréquence à laquelle il bascule. Le basculement est pire que la résonance axiale, parce qu’il convertit le mouvement de la machine en un signal transversal parasite sur les autres axes : le capteur rapporte une vibration qui est la sienne. Un corps haut et étroit sur une petite base bascule à basse fréquence ; un corps bas et large sur une grande base ne bascule presque pas.
Les deux dessinés à la même échelle. Le disque collé sous le capteur haut est, à lui seul, plus haut que la hauteur à laquelle le Gen 4 porte tout son centre de masse.
Les trois variables se multiplient. Un capteur lourd sur un goujon raide peut surpasser un capteur léger sur de la colle ; un capteur léger dont la masse est concentrée en hauteur sur une base souple peut perdre l’essentiel de sa bande annoncée. Deux capteurs du même poids ne sont pas le même capteur.
Les trois façons de monter un capteur
| Montage | La liaison | Ce qu’il fait à la bande utile | Quand c’est le bon choix |
|---|---|---|---|
| Goujon fileté | Filetage dans le palier, capteur serré au couple | La référence. La résonance montée est fixée par le capteur lui-même | Surveillance permanente, défauts haute fréquence, roulements |
| Adhésif | Une couche d’époxy ou une plaquette collée | Résonance plus basse, qui dérive avec la polymérisation, l’épaisseur et la chaleur | Surfaces impossibles à percer, si la bande nécessaire est basse |
| Aimant | Un aimant, puis le capteur dessus | Résonance la plus basse : une seconde masse sur une liaison plus souple | Collecte en ronde et contrôles ponctuels |
Le goujon est ce contre quoi les fabricants d’accéléromètres étalonnent, et ce que l’ISO 5348 recommande pour tout ce qui est permanent. Les deux autres sont des compromis que l’analyste accepte en connaissance de cause pour une ronde ou une machine qu’on ne peut pas percer, pas des choix par défaut qu’un fournisseur devrait livrer pour une surveillance permanente sans dire ce qu’ils coûtent en bande passante.
Charge de masse : quand le capteur modifie la machine
La liaison fonctionne dans les deux sens. Un capteur boulonné sur une structure lui ajoute sa masse, et si la structure est légère, le capteur déplace les résonances mêmes qu’il est censé mesurer. La règle pratique habituelle veut que le capteur pèse une petite fraction de la masse dynamique de la surface sur laquelle il repose ; un dixième est le chiffre le plus souvent cité. Sur un palier de plusieurs dizaines de kilos, 187 g ne sont rien. Sur un carter de tôle mince ou le bout libre d’un petit moteur, les mêmes 187 g ne le sont pas, et aucun capteur de cette classe ne devrait y être monté sans le savoir.
C’est l’autre raison pour laquelle la masse d’un capteur doit être dépensée là où elle travaille, dans la raideur du boîtier et de la liaison, et non pour porter une grosse pile ou une longue radio bien au-dessus de la machine.
Comment le PHANTOM® Gen 4 est construit, et pourquoi
Prenez les trois variables, concevez à rebours à partir d’elles, et vous arrivez à une forme : un palet bas et large vissé à la machine, la masse en bas. C’est le Gen 4 : 46 mm de diamètre, 34,5 mm de haut, 187 g, sur un filetage 1/4-28 UNF. Les chiffres ci-dessous viennent du modèle CAO, publiés ici parce qu’un article qui demande leurs chiffres aux autres fournisseurs n’a aucune raison de taire les siens.
- Le centre de masse se situe à 10,25 mm au-dessus du plan de montage, moins d’un tiers des 34,5 mm de hauteur du capteur. C’est le chiffre auquel répond le mode de basculement, et il est bas à cause de l’emplacement de l’acier, pas parce que le capteur est léger.
- 83 % de la masse est de l’acier, et la partie lourde est celle qui touche la machine. Sur 187 g, 110 g sont la base en acier inoxydable 304 qui porte le filetage, 44,5 g la bague d’acier qui ferme le boîtier, et 32 g le capot plastique avec l’électronique dessous.
- La liaison est un filetage taillé dans cette base. 1/4-28 UNF-2B, 5 mm de profondeur, directement dans l’acier inoxydable 304 et serré à 3,0 ± 0,3 N·m : le montage que l’ISO 5348 place en premier. Ni adaptateur, ni plaquette, ni film de colle entre le capteur et la machine : la raideur de la liaison est celle du palier dans lequel il est vissé. Là où une surface ne peut pas être percée, nous livrons bien une base adhésive en inox, et par l’argument ci-dessus elle coûte sur les deux tableaux : 20 g de masse en plus, portés plus haut, sur un film de colle au lieu d’un filetage.
- Le dessus est en plastique parce qu’une radio ne voit pas à travers l’acier. Le capot en ABS loge l’antenne là où un boîtier métallique la blinderait. Acier là où entre la vibration, plastique là où sort le signal : les deux matériaux sont là où la physique les veut.
- L’élément sensible se situe à 23,48 mm au-dessus du plan de montage, noyé dans l’époxy. Le MEMS est sur une carte dans le capot, et la carte, l’antenne et l’élément sont noyés dans une résine époxy, si bien que l’ensemble est un bloc solide et non une carte posée sur des connecteurs : il n’y a aucun circuit libre avec sa propre résonance entre la machine et l’élément. Tout capteur MEMS sans fil a cette distance ; peu la publient.
- Il est petit parce qu’il ne porte que ce dont le point a besoin. Vibration triaxiale et température. Tout le reste de la famille PHANTOM® (courant, vitesse de rotation, thermocouples, caméra thermique, entrées 4–20 mA et 0–10 V) est un module séparé, de sorte qu’aucun roulement n’a à porter un boîtier dimensionné pour des variables qu’il n’utilise pas.
Deux formes, côte à côte
Le capteur tout-en-un est l’autre réponse au même problème, et il vaut la peine de le comparer sans adjectifs, sur des dimensions publiées. Plusieurs fabricants le construisent, et la forme est constante de l’un à l’autre : un corps plus haut portant ultrasons, magnétomètre, une radio plus grande et une pile plus grande, posé sur une base séparée collée ou vissée à la machine.
Palet bas sur goujon
PHANTOM® Gen 4 : 46 mm de diamètre, 34,5 mm de haut, 187 g, vissé 1/4-28 UNF directement dans la machine. 83 % de cette masse est de l’acier, et l’essentiel est la base, ce qui place le centre de masse à 10,25 mm au-dessus du plan de montage, mesuré sur le modèle CAO, pas estimé. Rapport hauteur/empreinte : environ 0,75.
Corps haut sur base collée
Un exemple représentatif, tiré d’une fiche technique publiée dans cette classe : un corps de 40 × 71 × 40 mm et 180 g, sur une base de 22 ou 50 g qu’il faut coller ou visser sur l’actif. Le dessin montre ce qu’est cette base : un disque de 20 mm avec un filetage M6 sur lequel le capteur se visse. Le corps, avec ultrasons, magnétomètre, radio et batterie à l’intérieur, repose sur une liaison de moins de la moitié de la largeur de celle du Gen 4, par un filetage de 6 mm. Rapport hauteur/empreinte à la liaison : environ 5.
La même masse, à sept grammes près. L’un la place en bas, sur une base de 46 mm et un filetage taillé dans l’acier ; l’autre la place en haut, sur un disque collé de 20 mm et un filetage M6.
Il y a une comparaison qui ne demande aucune hypothèse sur ce que contient l’un ou l’autre capteur. Tout le centre de masse du Gen 4, à 10,25 mm, se situe en dessous de la hauteur à laquelle commence le corps de l’autre capteur : le disque collé qui le porte mesure 20 mm à lui seul. Où que ce corps porte sa masse à l’intérieur, elle est tout entière au-dessus d’une ligne sous laquelle le centre de masse du Gen 4 se trouve déjà.
Tout ce qui précède dit que ces deux formes n’ont pas la même résonance montée, et donc pas la même bande utile, quoi que disent leurs fiches techniques sur l’échantillonnage. Nous n’allons pas mettre un chiffre sur le capteur de quelqu’un d’autre : la façon honnête de trancher est la courbe, et la question honnête est celle ci-dessous.
Cet article parle de forme, pas de marques, et les proportions ci-dessus décrivent une classe de capteurs plutôt qu’un produit. Si vous voulez la comparaison nominative (quels systèmes, ce que chacun coûte à exploiter sur cinq ans et où chacun l’emporte), nous la faisons dans Les 4 meilleurs systèmes de surveillance vibratoire en 2026, nos propres points faibles compris.
Quoi demander avant de faire confiance à une fiche technique
- Montrez-moi la courbe de réponse en fréquence du capteur monté, avec la base que vous livrez, pas l’élément nu sur un bloc d’étalonnage.
- Où est la résonance montée, et quelle est la bande utile à un cinquième de celle-ci ?
- Comment est-il fixé : goujon, adhésif ou aimant ? Si adhésif, qu’arrive-t-il à la résonance à 80 °C ?
- Quelle est la hauteur du corps, la largeur de la liaison sur laquelle il repose, et où est son centre de masse ?
Un fournisseur qui a mesuré son capteur répond en une minute. Celui qui ne l’a pas fait change de sujet vers la fréquence d’échantillonnage.
Nous avons cette courbe pour le PHANTOM® Gen 4 : monté sur goujon, mesurée sur un pot vibrant certifié. Elle est disponible pour nos clients sur demande, et c’est la première chose que nous remettons lorsque quelqu’un pose la question 1 ci-dessus.
FAQ sur le montage et la forme des capteurs de vibrations
Qu’est-ce que la résonance montée d’un accéléromètre ?
La fréquence propre du capteur sur son montage, traité comme une masse sur un ressort : la masse du capteur sur la raideur de la liaison entre lui et la machine. Près de cette fréquence, le capteur amplifie la vibration au lieu de la suivre, de sorte que la bande de mesure utile s’arrête bien en dessous. L’ISO 5348 et les fabricants d’accéléromètres placent cette limite à environ un cinquième de la résonance montée pour une faible erreur d’amplitude.
Un capteur de vibrations plus lourd mesure-t-il moins bien ?
Pas en soi. La masse abaisse la résonance montée, mais l’emplacement de la masse compte plus que sa quantité : un capteur lourd dont la masse est basse, sur une liaison filetée raide, garde une résonance élevée, tandis qu’un capteur plus léger dont la masse est haute, sur une base collée, peut perdre l’essentiel de sa bande dans un mode de basculement. La masse charge aussi les structures légères : un capteur doit peser une petite fraction de la surface sur laquelle il repose.
Le montage sur goujon est-il vraiment meilleur que l’adhésif ou l’aimant ?
Oui, et largement. L’ISO 5348 classe les montages par raideur de couplage : goujon fileté d’abord, adhésif ensuite, aimant en dernier. Chaque cran vers le bas abaisse la résonance montée et rétrécit la bande utile. L’adhésif et les aimants sont légitimes pour les rondes et pour les surfaces impossibles à percer ; pour une surveillance permanente, le goujon est la référence.
Pourquoi le PHANTOM® Gen 4 est-il un palet bas et large ?
Parce qu’un corps bas et large sur un filetage garde le centre de masse près de la liaison et la liaison aussi raide que la machine, ce qui maintient la résonance montée et le mode de basculement au-dessus de la bande qui compte. Sur ses 187 g, 154,5 g sont de l’acier inoxydable, et l’essentiel est la base, ce qui place le centre de masse à 10,25 mm au-dessus du plan de montage, moins d’un tiers de ses 34,5 mm de hauteur. Le capot plastique du dessus n’est là que là où l’antenne doit voir vers l’extérieur. Il est petit parce qu’il porte la vibration triaxiale et la température et rien d’autre ; les autres variables sont des modules PHANTOM® séparés.
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