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Comprendre

FFT du courant moteur : ce que le spectre dit d'une platine

Un moteur alimenté par une sinusoïde parfaite devrait absorber un courant sinusoïdal, à la même fréquence. Il ne le fait jamais tout à fait. Le courant garde la trace de ce qui se passe dans le moteur et dans la mécanique qu'il entraîne, et la FFT est l'outil qui permet de la lire. Isostase s'en sert avec une contrainte : il n'y a aucun accéléromètre sur la platine. Tout ce qu'il sait, il le tire du courant.

Ce que le courant raconte

La tension envoyée aux moteurs est une sinusoïde construite par calcul et référencée à un quartz : 50 Hz à 33 tr/min. Si le moteur était parfait, son courant serait lui aussi une sinusoïde à 50 Hz. En pratique, deux sortes de défauts s'y ajoutent.

Les premiers sont des harmoniques : des composantes à 100 Hz, 150 Hz, multiples du 50. Elles traduisent une sinusoïde déformée, par la saturation du fer ou par une dissymétrie entre les enroulements, par exemple. Les seconds sont des bandes latérales : de petites raies de part et d'autre du 50 Hz. Une perturbation mécanique qui se répète à chaque tour du rotor, un jeu dans un roulement, un balourd, module le courant et fait apparaître ces raies à quelques hertz du fondamental. L'industrie appelle cela l'analyse de la signature du courant moteur.

Une FFT, concrètement

Une FFT (transformée de Fourier rapide) prend un signal qui varie dans le temps et le décompose en fréquences : combien à 50 Hz, combien à 100 Hz, combien ailleurs. Isostase enregistre 4096 échantillons du courant à raison de 1000 par seconde, soit un peu plus de quatre secondes de signal. Cela donne une résolution d'environ 0,24 Hz : deux raies distantes d'un demi-hertz restent distinctes. La fréquence maximale lisible est de 500 Hz, la moitié de la cadence d'échantillonnage, ce qui laisse de la marge pour le fondamental et ses premiers harmoniques.

Le signal est d'abord pondéré par une fenêtre de Hanning. Sans elle, le pic de 50 Hz s'étalerait sur ses voisins et noierait justement la zone où l'on cherche les bandes latérales.

Ce qu'on en tire

Trois choses.

• Le fondamental. Le pic est cherché tout près de la fréquence réellement commandée, pas de la fréquence nominale : un réglage de hauteur de l'utilisateur la déplace de quelques hertz.
• Le THD. L'énergie des harmoniques 2 et 3, comparée à celle du fondamental, exprimée en pourcentage. Le seuil de départ est de 12 % à 33 tr/min. Il a été choisi a priori : la carte n'étant pas assemblée, aucune mesure réelle n'a servi à le fixer.
• Les bandes latérales. L'énergie de toutes les raies comprises entre 1 et 30 Hz de part et d'autre du fondamental, rapportée à celui-ci. On ne cherche pas une fréquence de défaut précise : la géométrie du roulement du moteur est interne, donc inconnue, et on ne peut pas calculer les fréquences théoriques de ses défauts. On mesure à la place l'étalement général d'énergie qu'un roulement qui se dégrade provoque, quelle que soit sa fréquence exacte. Cette grandeur n'a pas de seuil absolu.

Le test se fait sur chaque enroulement de chaque moteur, l'un après l'autre. Le résultat retenu est le plus défavorable des deux : un défaut qui n'apparaît que sur un enroulement doit remonter quand même.

Toujours à 33 tr/min, toujours à pleine amplitude

Un test FFT n'a de valeur que comparé aux précédents, donc il doit se dérouler dans les mêmes conditions. Pendant le test, Isostase impose 33 tr/min, quelle que soit la vitesse choisie par l'utilisateur, qui lui est rendue ensuite. Il impose aussi l'amplitude maximale, indépendamment du réglage d'écoute silencieuse, et attend cinq secondes de régime établi après la rampe avant d'enregistrer.

Du test à la tendance

Un résultat isolé dit peu. C'est son évolution qui compte. Isostase garde les 16 derniers tests de chaque moteur, avec pour abscisse les heures d'usage du moteur plutôt que la date, et calcule une pente en points de THD pour 100 heures. Une pente ne reçoit un statut qu'à partir de 100 heures d'usage couvertes : trois tests rapprochés, avec deux dixièmes de point de bruit de mesure, donneraient une pente énorme et un faux « critique ».

Pour le palier, la logique est relative. Après trois tests valides, Isostase fixe une référence propre à cette platine, puis suit une moyenne lissée des bandes latérales et signale quand elle atteint le double de la référence. Le seuil ne dépend donc pas d'une valeur absolue qu'on ne sait pas encore calibrer, mais de la façon dont ce moteur-là se comportait au départ.

Ce que ça ne dit pas

C'est un indicateur de changement, pas un diagnostic. Une signature qui dérive peut venir du palier du moteur, de la courroie, ou d'autre chose : elle dit qu'il y a eu un changement, pas ce qui l'a causé. C'est aussi le courant du moteur qui est analysé, pas la vibration du plateau. Enfin, les valeurs de départ sont raisonnables mais non calibrées sur du matériel réel, et rien de tout cela ne garantit ce que l'oreille entendra.