Démodulation de signaux de vitesse instantanée pour le diagnostic et la surveillance des machines tournantes

Demodulation of instantaneous speed signals for the diagnosis and the monitoring of rotating machines

• Auteur / Autrice : Khalid Lizoul
• Direction : Francois Guillet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie informatique, automatique, traitement du signal
• Date : Soutenance le 07/10/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'analyse des signaux et des processus industriels (Roanne ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Mohamed El Badaoui
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hugo André, Frédéric Bonnardot, Xavier Chiementin, Adeline Bourdon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Karim Abed-Meraim, Jérôme Antoni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie

Machines tournantes

Démodulation (électronique)

Traitement du signal

Mots clés libres

Surveillance

Diagnostic

Vitesse instantanée

Traitement du signal

Démodulation

Machines tournantes

Analyse spectrale

Surveillance

Diagnostic

Instantaneous speed

Signal processing

Demodulation

Rotating machinery

Spectral analysis

Résumé

Dans le cadre de la maintenance conditionnelle, l'analyse de la vitesse instantanée des machines tournantes a commencé à être considérée par la communauté scientifique et industrielle durant ces dernières années. Les résultats de travaux exploitants la vitesse instantanée pour des fins de diagnostic de défauts mécaniques ont un potentiel naissant de ce type d'analyse. Ainsi, les principales méthodes d'estimation de cette grandeur intrinsèque d'une machine tournante sont décortiquées. Une attention particulière est donnée aux méthodes exploitant le signal à partir d'un capteur angulaire échantillonné dans le temps. En premier lieu, Nous mettons en œuvre trois méthodes de démodulation issues de la littérature en les adaptant au au problème particulier de l'estimation de la vitesse instantanée. Nous analysons l'influence de deux paramètres essentielles : la résolution du capteur et le rapport signal/bruit (SNR) du signal capteur angulaire. Puis, nous nous intéressons à la caractérisation bruit spectral de la vitesse instantanée sous une perturbation additive aléatoire. Enfin, pour palier à la limite imposée par le système d'acquisition pour exploiter des résolutions élevées, nous proposons une méthode de démodulation haute fréquence capable d'acquérir le signal avec une basse fréquence d'échantillonnage.

In the context of conditional maintenance, the analysis of the instantaneous speed of rotating machines has begun to be considered by the scientific and industrial community in the last years. The results of works exploiting the instantaneous speed for the purpose of diagnosis of mechanical defects have a potential emerging from this type of analysis. Thus, the main methods for estimating this intrinsic quantity of a rotating machine are dissected. Particular attention is given to methods exploiting the signal from an angular sensor sampled in time. First, we implement three demodulation methods from the literature by adapting them to the particular problem of instantaneous speed estimation. We analyze the influence of two essential parameters: the resolution of the sensor and the signal to noise ratio (SNR) of the angular sensor signal. Then, we focus on the characterization of the spectral noise of the instantaneous velocity under a random additive perturbation. Finally, to overcome the limitation imposed by the acquisition system to exploit high resolutions, we propose a high frequency demodulation method capable of acquiring the signal with a low sampling frequency.