Capteur de phase et repère réfléchissant : comment l'appareil mesure la phase

Deux accéléromètres sur les paliers vous disent une seule chose : à quel point ça vibre. Ils ne distinguent pas un tour d'arbre d'un autre, car leur signal ne comporte aucun repère angulaire. Ce repère est fourni par un troisième capteur, laser, qui observe un repère réfléchissant et délivre une impulsion par tour. Nous détaillons ci-dessous ce que l'appareil fait de cette impulsion, où coller le repère, comment poser le capteur et comment vérifier en deux minutes que le comptage ne ment pas.

Mis à jour le 27 août 2026 · par AXILINE · Vila Nova de Gaia

Ce que l'appareil fait de l'impulsion du capteur de phase

Le capteur fait une chose simple : chaque fois que le repère réfléchissant passe devant le faisceau, il délivre une impulsion brève. Une impulsion par tour. À partir de l'intervalle entre deux impulsions voisines, le logiciel calcule la fréquence de rotation. Ensuite commence ce pour quoi ce capteur existe réellement.

En connaissant les instants d'arrivée des impulsions, le logiciel découpe le signal vibratoire continu en segments d'exactement un tour et les additionne entre eux : N tours consécutifs, échantillon par échantillon. Tout ce qui se répète en synchronisme avec la rotation s'accumule par cette addition. Tout ce qui n'est pas lié à la rotation (bruit de roulements, pompe voisine, parasite secteur à 50 Hz, chocs aléatoires) s'annule en moyenne. C'est un moyennage synchrone, et sans impulsion de référence, il est par principe impossible : on ne sait pas où commence la période.

À partir de la courbe moyennée sur N tours, l'analyse harmonique extrait deux chiffres par voie : l'amplitude de la composante synchrone 1x, c'est-à-dire la partie de la vibration à la fréquence de rotation, celle que produit le balourd, et sa phase. La phase (champs F1 et F2 de l'interface) est le retard angulaire entre l'impulsion du repère et le maximum de la sinusoïde 1x, de 0 à 360°. Le Balanset-1A la mesure avec une précision d'environ ±1° et fonctionne dans une plage de régime de 100 à 100 000 tr/min.

Débranchez le capteur de phase, et l'image est amputée de moitié. En mode « Vibromètre », l'appareil continuera d'afficher la valeur efficace globale de la vitesse vibratoire (champs V1s et V2s), car un point de référence n'est pas nécessaire pour un chiffre large bande. Mais les champs 1x et phase resteront vides.

Venons-en maintenant au calcul. La composante synchrone est un vecteur : l'amplitude en mm/s fixe sa longueur, la phase fixe sa direction. L'appareil mémorise le vecteur avant la masse d'essai, le mémorise après, et divise la différence par le balourd connu de la masse d'essai. On obtient ainsi le coefficient d'influence, c'est-à-dire la réponse du système précis « rotor — paliers — fondation » à une masse en un point connu. À partir de là, le logiciel calcule la masse et l'angle de correction. Retirez la phase, et il n'y aura plus rien à soustraire : deux nombres sans direction ne forment pas une différence vectorielle.

• Le régime. Sans fréquence de rotation précise, vous ne retrouverez pas la 1x dans le spectre et la confondrez avec le parasite secteur : sur un moteur à 2970 tr/min, la fréquence synchrone se situe à 49,5 Hz, tandis que le secteur est à 50 Hz.
• L'amplitude de la 1x. C'est la seule partie de la vibration globale que réduit l'équilibrage.
• La phase de la 1x. La direction du vecteur, sans laquelle le coefficient d'influence ne se calcule pas.
• Le moyennage synchrone. La suppression de tout ce qui n'est pas lié à la rotation, et c'est précisément pour cela que la 1x reste visible même sur une machine bruyante.
• Le repérage en ordre du spectre. Le pic à la fréquence de rotation est identifié par l'appareil sur la base d'une mesure, pas d'une supposition de votre part.

Des méthodes d'équilibrage sans capteur de phase existent : on déplace successivement la masse d'essai sur des positions repérées et l'on résout le problème à partir des seules amplitudes. Elles fonctionnent. Mais chaque position est un démarrage à part, et sur une production en marche, un démarrage coûte une validation avec l'opérateur, une montée en régime et un ralentissement libre. Le capteur de phase vous permet de récupérer ces démarrages.

Le repère réfléchissant : emplacement, taille, préparation de la surface

Le repère est un consommable de quelques centimes, dont dépend pourtant toute la mesure. Une erreur à ce sujet ne donne pas « un peu moins bien », mais des chiffres dénués de sens, à partir desquels l'appareil calculera consciencieusement une mauvaise masse.

1. 1

   Choisissez un élément qui tourne à 1:1 avec le rotor

   L'arbre, le moyeu de la roue, un demi-accouplement, l'extrémité de la broche. Condition impérative : cet élément fait exactement un tour quand le rotor à équilibrer fait un tour. L'emplacement doit être accessible au faisceau, protection fermée, et ne pas se trouver là où sera posée la future masse de correction.

2. 2

   Assurez-vous qu'il n'y a exactement qu'un seul repère

   Faites le tour du rotor et retirez les anciennes étiquettes, les bouts de ruban adhésif, les traces claires de peinture. Vérifiez les pièces brillantes : tête de boulon, clavette, écrou chromé, zone polie. Chacune d'elles peut donner une seconde impulsion par tour, et le régime affiché doublera. Sur un arbre mince, veillez à ce que le ruban ne se referme pas en anneau : à un diamètre de 20 mm, la circonférence n'est que de 63 mm.

3. 3

   Dimensionnez selon la vitesse périphérique

   Repère de travail : 10 à 20 mm sur la circonférence et 8 à 15 mm le long de la génératrice. La durée de l'impulsion est égale à la longueur du repère divisée par la vitesse périphérique. Sur un arbre de Ø100 mm à 1500 tr/min, la vitesse est de 7,9 m/s, et un repère de 10 mm défile en 1,3 ms. Sur un moyeu de Ø300 mm à 3000 tr/min, déjà 47 m/s, et les mêmes 10 mm donnent 0,2 ms. Plus le rotor est rapide, plus le repère doit être large et plus le capteur doit être proche.

4. 4

   Dégraissez et marouflez

   Essuyez la surface avec un solvant ou de l'alcool isopropylique, laissez sécher, collez et pressez pendant 10 à 20 secondes. Marouflez en particulier le bord avant : c'est lui qui se décolle en premier sous l'effet de la force centrifuge et du flux d'air. Sur une peinture qui s'écaille ou de la rouille, le ruban ne tient pas ; dénudez la bande jusqu'au métal.

5. 5

   Créez le contraste par la réflexion, pas par la couleur

   Le capteur réagit au retour de lumière, pas à la blancheur. Sur un arbre poli et brillant, le repère se distingue à peine : toute la surface renvoie le faisceau. Assombrissez d'abord un anneau autour du repère avec de la peinture noire mate ou un ruban mat, puis collez la bande réfléchissante.

6. 6

   Tracez le bord au marqueur

   Le capteur se déclenche sur un front, c'est-à-dire sur le bord du repère. Tracez une fine ligne le long du bord avant et notez son emplacement. Si le ruban se décolle en cours de travail, vous rétablirez le point de référence exactement au même endroit, sans perdre les phases déjà relevées.

Ne collez, nettoyez ou recollez le repère que sur une machine arrêtée et consignée. Il ne faut jamais approcher la main d'un rotor en rotation avec un ruban, quel que soit le régime. Et vérifiez avant le démarrage que le ruban ne pourra pas s'envoler : sur les rotors rapides, plaquez-le d'un tour de ruban thermorésistant sur la circonférence.

Rotor sale, huileux, chaud : que faire

L'arbre parfaitement propre n'existe que sur les photos de la notice. Sur site, vous êtes plus souvent accueilli par un brouillard d'huile, de la poussière, du calamine ou un boîtier chaud. Voici, pour chaque cas, des solutions honnêtes.

La tentation de résoudre le problème par les réglages du logiciel plutôt que par le repère est compréhensible, mais cela ne fonctionne pas ainsi. Un moyennage accru lisse le bruit, il ne restitue pas des impulsions manquées. Un décompte manqué, c'est une période perdue, et aucun filtrage ne peut la compenser.

Installation du capteur laser : distance, angle, fixation

Prenez la distance au repère dans la fiche technique de votre capteur. Pour une optique fonctionnant sur ruban réfléchissant, elle va généralement de quelques centimètres à un demi-mètre, et il vaut mieux travailler au milieu de cette plage qu'à sa limite. À la limite, le moindre encrassement du repère fait immédiatement décrocher le comptage.

Orientez le faisceau presque perpendiculairement à la surface, mais pas strictement : une inclinaison de 5 à 15° supprime le reflet spéculaire de l'arbre lui-même, qui reviendrait sinon dans le récepteur et masquerait le repère. Vérifiez que le faisceau touche le repère, et seulement le repère, sur toute la course du rotor. L'arbre se déplace dans le sens axial, se dilate à la chauffe, et peut dériver dans le palier au ralentissement libre : ce qui était bien atteint à froid glisse parfois, au régime de travail, sur le bord d'une rainure de clavette.

La fixation compte plus qu'il n'y paraît. Posez le support magnétique sur une surface fixe et rigide : le bâti, l'embase du palier, la plaque de fondation. Pas sur le carter, pas sur une tôle mince de protection, pas sur une rambarde ni sur une tuyauterie. Un capteur qui vibre déplace le front de l'impulsion d'un tour à l'autre, et la phase se met à dériver de dizaines de degrés alors que le régime est parfaitement stable. Dans une telle situation, on cherche la cause dans le rotor, alors qu'elle se trouve sur le trépied.

À part, la question de la lumière. Soleil direct dans le récepteur, lampes à LED pulsées, soudure à proximité, reflet sur un arbre mouillé et huileux : chacune de ces sources ajoute de faux déclenchements. Faites de l'ombre au capteur avec la main ou un carton et observez si le régime affiché change. Si oui, cherchez un éclairage parasite, pas un défaut du rotor.

• Le trépied repose sur une surface fixe et rigide, pas sur le carter ni sur une protection
• En tournant lentement à la main, le faisceau touche le repère, et seulement le repère
• La distance au repère se situe au milieu de la plage de la fiche technique, pas à sa limite
• Le câble est fixé, la boucle de réserve ne pend pas et ne touche aucune pièce en rotation
• Ni le soleil direct ni des lampes pulsées n'éclairent le récepteur
• Le champ de vision ne comporte ni boulons brillants, ni écrous chromés, ni second autocollant
• Le capteur est raccordé à sa propre entrée (X3 sur le Balanset-1A), les accéléromètres à X1 et X2

Ne regardez pas dans le faisceau et ne le dirigez pas vers les yeux d'un collègue. La classe laser de ces capteurs est faible, mais mieux vaut prendre la bonne habitude dès le premier jour.

Vérification avant le premier démarrage : deux minutes qui se rentabilisent

Cette vérification se fait avant la mesure initiale. Elle prend deux minutes et écarte la plupart des cas où « l'appareil affiche n'importe quoi ».

1. 1

   Tournez le rotor à la main

   Observez le voyant du capteur ou l'impulsion dans la fenêtre du logiciel. Une impulsion par tour, ni plus ni moins. Deux impulsions signalent une seconde réflexion, aucune impulsion signifie que le faisceau manque le repère ou que la distance est hors plage.

2. 2

   Démarrez la machine et observez le régime

   Lisez le champ du régime pendant plusieurs secondes de suite. Une valeur stable avec une dispersion de quelques tr/min est normale. Des sauts exactement au double signalent un reflet parasite, une division par deux signale une impulsion manquée. Une dérive de dizaines de tr/min ne relève plus du capteur, mais de l'entraînement : courroie qui glisse, moteur qui ne suit pas, consigne du variateur instable.

3. 3

   Recoupez le régime avec l'entraînement

   Un moteur asynchrone bipolaire à 50 Hz donne en charge environ 2900–2970 tr/min, un modèle tétrapolaire environ 1450–1480. Pour une transmission par courroie, calculez à partir des diamètres : n2 = n1 · D1 / D2. Prenez la plaque signalétique comme un repère, pas comme un fait : elle indique la valeur nominale, pas le régime réel.

4. 4

   Recoupez le régime avec le spectre

   Le pic de la composante synchrone doit se trouver à la fréquence N/60 Hz. Pour 1478 tr/min, cela fait 24,6 Hz. Si le pic le plus marqué se trouve ailleurs, soit vous regardez au mauvais endroit, soit le repère est posé sur le mauvais élément.

5. 5

   Observez le signal temporel avec les impulsions

   Sur le graphique, la période de la sinusoïde de vibration doit coïncider avec l'intervalle entre les impulsions du repère. Si elle coïncide : la chaîne est vivante, les capteurs et le repère fonctionnent. Sinon : réglez ce problème avant l'équilibrage.

6. 6

   Faites trois mesures de suite, sans rien changer

   Le régime doit se recouper à 1–2 tr/min près, le module de la 1x à quelques pour cent près, la phase à quelques degrés près. Une dispersion plus grande signale que quelque chose est instable : le régime, la fixation des capteurs, le trépied du tachymètre, ou vous travaillez près d'une résonance. On ne peut pas équilibrer sur une telle dispersion, le coefficient d'influence serait aléatoire.

Un écart de régime de plus de 1 à 2 tr/min entre l'affichage de l'appareil et celui du tachymètre lui-même est un symptôme à part. Il signale le plus souvent des parasites sur la chaîne de mesure : soudure à proximité, variateur sans filtre, câble de puissance posé le long du câble de signal. Séparez les câbles, faites fonctionner l'ordinateur portable sur batterie et refaites la mesure.

Sources : Manuel d’utilisation Balanset-1A · ISO 13373-3:2015

Problèmes fréquents : symptôme, cause, que faire

Règle générale : obtenez d'abord un régime stable, puis une phase stable, et ce n'est qu'ensuite que vous relevez la mesure initiale. Chaque étape suivante s'appuie sur la précédente, et inverser l'ordre garantit des démarrages superflus.

Le repère fixe le zéro de la phase, pas le zéro de l'angle de correction

C'est ici que la confusion survient le plus souvent, et elle coûte cher. Le repère réfléchissant fixe le point de référence pour la mesure de la phase. L'emplacement de la masse d'essai fixe le zéro à partir duquel se compte l'angle de pose de la masse de correction. Ce sont deux points zéro distincts, qui n'ont aucune raison de coïncider.

Il en découle une conclusion pratique : si l'appareil affiche F1 = 47°, cela ne signifie pas que le point lourd se trouve à 47° du repère. Le relevé de phase dépend de l'emplacement de l'accéléromètre et de son orientation, du front sur lequel se déclenche le tachymètre, de la rigidité des paliers et de la proximité de la résonance. Une même masse excédentaire donnera des degrés différents sur deux machines pourtant semblables.

Ce qui compte réellement dans le repère, c'est sa constance. Tant que le point de référence ne bouge pas, toutes les phases restent comparables entre elles, et la différence des vecteurs « avant et après la masse d'essai » a un sens. Déplacez le repère entre le démarrage initial et le démarrage d'essai, et toutes les phases se décaleront d'une valeur constante, faussant le coefficient d'influence. Il est pratiquement impossible de le remarquer sur les chiffres : ils paraissent normaux.

C'est pourquoi on colle le repère une seule fois, avant la mesure initiale, et on n'y touche plus jusqu'à la fin du travail. S'il s'est tout de même décollé, rétablissez-le sur la ligne que vous avez tracée au marqueur le long du bord avant. Si le rétablissement échoue et que la correction n'est pas encore calculée : reprenez entièrement la mesure initiale et les essais.

Et une astuce qui économise la prochaine intervention. Posez la masse d'essai à la même position angulaire que le repère collé. Le zéro de l'angle coïncide alors avec le repère, il reste toujours visible, et les coefficients d'influence conservés pourront être réutilisés un an plus tard. Plus de détails à ce sujet dans les articles sur le comptage de l'angle de pose de la masse et sur l'équilibrage trim.

Ne comparez pas des phases relevées lors de visites différentes si le repère ou les capteurs étaient positionnés différemment. En toute rigueur, les degrés ne peuvent être comparés qu'avec un montage identique : même emplacement des accéléromètres, même direction de mesure, même position angulaire du repère, même régime.

Alternatives au capteur laser : codeur, clavette, dent

L'optique sur repère réfléchissant est le moyen le plus rapide d'obtenir une impulsion de référence, mais ce n'est pas le seul. Quand le ruban ne tient pas ou que l'arbre n'est pas visible, d'autres solutions fonctionnent.

Sur le Balanset-1A, l'entrée X3 attend l'impulsion de son propre capteur laser de phase ; convenez donc de tout remplacement à l'avance : le niveau, la polarité, la durée de l'impulsion et l'alimentation doivent correspondre. Dans la version Balanset-1A OEM, intégrée dans des machines et des bancs, le capteur de phase devient généralement un élément permanent de la construction : support, repère sur la broche ou l'arbre moteur, distance fixe. Ces kits sont assemblés sur mesure pour une mécanique donnée.

S'il est plus simple de faire venir quelqu'un avec l'appareil

Le capteur de phase est l'élément où les erreurs ne ressemblent pas à des erreurs. L'appareil n'écrira pas « le repère s'est encrassé » ; il calculera consciencieusement une masse à partir d'une phase fausse, et vous ne verrez le résultat qu'au démarrage de contrôle. Sur un ventilateur facile d'accès, c'est un démarrage de plus et une demi-heure perdue. Sur une machine arrêtée par le règlement une fois par trimestre, en hauteur ou sur une ligne chaude, il n'y a généralement pas de seconde chance.

Les ingénieurs d'AXILINE conçoivent et fabriquent les appareils Balanset et les utilisent eux-mêmes pour équilibrer sur site. Nous venons auprès de la machine, posons les accéléromètres sur les paliers et le capteur laser sur le repère réfléchissant. Nous vérifions d'abord le comptage des impulsions et la stabilité du régime, puis nous examinons si la vibration provient réellement d'un balourd, et non d'un désalignement, d'un desserrage de fixation ou d'une résonance. Ce n'est qu'ensuite que nous équilibrons le rotor dans ses propres paliers : en un ou deux plans, par masses ou par perçage, par angle ou par positions fixes. Le résultat vous est remis sous forme d'un rapport avec la composante synchrone initiale et résiduelle, et l'indication de l'endroit et de la quantité de masse posée.

Si vous équilibrez vous-même, le soutien-conseil sur l'appareil accompagne le Balanset-1A, y compris pour traiter précisément ce genre de points : où trouver un point de référence sur votre machine, par quoi remplacer le ruban sur un arbre chaud, comment vérifier le comptage. Quant au résultat : l'ordre de grandeur typique pour un ventilateur au pic 1x dominant est une baisse d'environ 12 mm/s à environ 1,5–2 mm/s. Personne ne le promet à l'avance, car le résultat dépend de l'état des paliers et de la fixation, et du fait que le balourd soit ou non l'unique cause de la vibration. Évaluez l'état général de la machine d'après la vibration globale en mm/s RMS selon la partie applicable de l'ISO 20816, et la tolérance de balourd résiduel selon les classes G de la partie applicable de l'ISO 21940.

Sources : Spécifications fabricant Balanset-1A · Manuel d’utilisation Balanset-1A · ISO 20816-1:2016 · ISO 21940-11:2016

Questions fréquentes

Contenu associé