Signatures vibratoires : ce que l'accéléromètre entend et que le microphone n'entend pas

Chaque téléphone intègre un capteur que la plupart des gens ne connaissent que via la rotation de l'écran : l'accéléromètre. Il échantillonne le propre mouvement du téléphone des centaines de fois par seconde, sur trois axes, qu'on le secoue dans tous les sens ou qu'il soit posé, parfaitement immobile, sur un lave-linge qui tente, à sa manière mécanique et discrète, de vous parler de ses roulements.

L'outil Vibration transforme ce capteur en instrument : posez le téléphone sur une machine ou une surface, enregistrez une séquence de mouvements à basse fréquence, et obtenez une image de la façon dont l'objet en dessous vibre. C'est le pendant tactile du spectre sonore — même idée, canal physique différent — et ce canal a plus d'importance qu'il n'y paraît à première vue.

Ce qu'un accéléromètre voit et qu'un microphone ne voit pas

Un microphone entend les sons qui se propagent dans l'air. C'est une double limitation de taille. Premièrement, l'air transmet mal les basses fréquences : les secousses lentes et lourdes d'un tambour déséquilibré ou d'un plancher qui s'affaisse ne se propagent que faiblement, voire pas du tout, dans l'air — une grande partie de l'histoire mécanique se déroule à des fréquences que vous ressentez par vos pieds plutôt que de les entendre par vos oreilles. Deuxièmement, l'air mélange tout : le compresseur qui vous intéresse, la circulation extérieure, la conversation dans la pièce d'à côté.

Un accéléromètre en contact avec une machine mesure les vibrations solidiennes — un mouvement qui s'est propagé à travers le corps même de la machine jusqu'au téléphone posé dessus. Les fréquences lentes arrivent à pleine puissance, et le capteur est presque sourd aux bruits aériens ; l'enregistrement est donc celui de la machine, pas de la pièce. Là où le microphone excelle pour capter les bourdonnements et les sifflements, l'accéléromètre règne sur le territoire situé en dessous : les secousses, les oscillations et les grondements.

Dans le domaine fréquentiel, les machines tournantes sont tout aussi lisibles ici qu'en acoustique. Un tambour tournant à vitesse constante produit un pic à sa fréquence de rotation ; un chargement déséquilibré fait grandir ce pic ; l'usure des roulements a tendance à ajouter de l'énergie à des multiples supérieurs et à rendre la signature globale plus rugueuse. Nul besoin de savoir quel motif correspond à quel défaut pour en profiter — il vous suffit de disposer de la signature de la machine lorsqu'elle était en bonne santé, et de vouloir comparer.

Où poser le téléphone

Les cas d'usage sont on ne peut plus domestiques :

• Le lave-linge. Le grand classique. Posez le téléphone dessus au milieu du cycle : une charge mal répartie et des roulements usés le font tous deux vibrer, mais différemment, et ces deux dérives évoluent sur plusieurs semaines d'une manière impossible à suivre de mémoire.
• Le réfrigérateur. Un compresseur a sa propre signature ; un compresseur qui fatigue, ou dont les suspensions ont vieilli, en présente une différente.
• L'imprimante 3D. Le châssis prend du jeu, les courroies s'usent et la qualité d'impression se dégrade en silence. Une signature vibratoire lors d'un déplacement standard constitue un bilan de santé qui ne prend qu'une minute.
• La voiture au ralenti. Téléphone sur le tableau de bord, moteur au ralenti — un ralenti qui s'essouffle se traduit par un changement de signature bien avant de devenir un bruit audible.
• La table bancale, le plancher qui tremble. Parfois, la question porte sur la structure elle-même : à quel point ce plancher bouge-t-il réellement au passage d'un camion ? Vous disposez désormais d'un chiffre plutôt que d'un débat.

Le positionnement importe plus que le modèle de téléphone

Voici la règle pratique qui détermine si vos mesures sont comparables : l'endroit et la manière dont vous placez le téléphone importent plus que le modèle de téléphone lui-même.

La raison tient à la façon dont les fonctionnalités sont conçues. Des téléphones différents possèdent des accéléromètres différents aux sensibilités différentes, de sorte que l'amplitude absolue d'une mesure est en partie une propriété du capteur — ce qui explique précisément pourquoi l'analyse ne s'appuie pas sur des niveaux absolus. Elle repose plutôt sur la structure de la vibration : la position des pics, leurs relations mutuelles, la forme de la signature. Ce sont là des propriétés de la machine, qui survivent au changement de modèle de téléphone. C'est cette même règle de conception que l'on retrouve dans chaque outil de la plateforme — des caractéristiques relatives et robustes à l'excitation, jamais de niveaux absolus — et c'est ce qui donne du sens aux mesures sans nécessiter d'étalonnage par appareil.

Le positionnement, en revanche, modifie la physique de la mesure elle-même. Un téléphone posé sur le coin de la machine subit un mouvement différent de celui placé au centre ; un téléphone posé sur une serviette pliée mesure la serviette ; un téléphone plaqué à plat contre un panneau rigide est couplé, tandis qu'un téléphone qui vibre librement au-dessus ajoute sa propre percussion. La discipline est donc simple : même endroit, même orientation, contact ferme et à plat, machine dans le même état de fonctionnement — le milieu d'essorage se compare au milieu d'essorage, pas au remplissage.

Signatures au fil du temps : le catalogue se charge de s'en souvenir

C'est là que la structure de la plateforme fait tout le travail. Chaque capture est classée sous un objet du catalogue — cette machine à laver, cette imprimante — et les mesures répétées s'y accumulent dans l'ordre. La question « est-ce pire qu'avant ? » ne dépend plus des souvenirs de chacun sur ce qu'on ressentait il y a trois mois ; la réponse se résume à deux signatures, côte à côte, sur le même écran.

Et quand l'histoire se dénoue — le réparateur ouvre la machine et trouve le roulement usé, ou le tremblement terrifiant s'avère n'être qu'une chaussette égarée —, la mesure peut se voir attribuer une étiquette de vérité terrain après coup. Une signature vibratoire combinée à ce qu'elle s'est avérée être constitue un échantillon étiqueté issu d'une vraie machine sur un vrai téléphone, et c'est à partir de cette collection, sur de nombreuses machines et de nombreux utilisateurs, que tout futur diagnostic automatique devra être entraîné. Les mesures que vous prenez pour répondre à la question d'aujourd'hui forment le jeu de données de demain.

Tout fonctionne sur l'appareil : l'analyse s'effectue sur le téléphone, hors ligne, et aucun aspect de la mesure ne nécessite de réseau. L'accéléromètre a également un équivalent actif — au lieu d'attendre qu'une machine vibre, le téléphone peut générer lui-même des vibrations à l'aide de son moteur de vibration et mesurer comment un objet y répond ; c'est l'outil de réponse haptique. Pour découvrir l'ensemble de ce que les capteurs de téléphone peuvent mesurer, commencez par l'aperçu des outils.