Corde vibrante

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Cordes vibrantes harmoniques

Le phénomène physique de la corde vibrante met en relation trois grandeurs physiques :

• La tension de la corde notée F
• La longueur de la corde notée l
• La fréquence de résonance de la corde notée f

Le capteur à corde vibrante permet de déterminer la tension de la corde en mesurant sa fréquence de résonance (premier mode de vibration). Sa longueur initiale est déterminée lors de sa fabrication. À partir de la tension de la corde, on déduit son allongement. Ce principe physique permet donc de mesurer la déformation de la structure sur laquelle est fixé le capteur en ses deux extrémités. La mesure de la fréquence de résonance est obtenue par l'intermédiaire d'une bobine électromagnétique. C'est cette même bobine qui sera utilisée pour exciter la corde via une impulsion électrique et permettre ainsi la mesure. Souvent le capteur inclus une deuxième corde vibrante non-liée à la structure afin de tenir compte de l'influence de la température sur la mesure.

Applications

Instrumentation du génie civil

Le principe de la corde vibrante est utilisé dans de nombreux capteurs du Génie Civil ou de l'hydrologie. Les avantages de ce type de capteurs sont en effet très nombreux pour ces domaines d'application :

• Le signal électrique correspondant à la mesure de la fréquence de résonance de la corde vibrante peut être transmis sans perturbation sur une centaine de mètres de câble,
• Les capteurs à corde vibrante ont prouvé une très grande fiabilité et robustesse dans le temps (REX sur plus de cinquante ans)
• Les fréquences de mesure peuvent difficilement être supérieures à l'hertz compte tenu de l'excitation de la corde, mais cela n'est pas gênant dans le domaine du génie civil ou de l'hydrologie, où les phénomènes mesurés sont lents.

Les capteurs de déplacement (ou de contrainte) à corde vibrantes sont communément appelés : jauge de contrainte témoin sonore ou extensométriques. Il est également possible de mesurer des efforts appliqués à une surface via des vérins plats. En hydrologie, le principe est utilisé dans les piézomètres, sondes de pressions intersticielles et sondes de niveau.

Méthode de contrôle du Génie Civil

Le phénomène de la corde vibrante est également utilisé pour vérifier la tension des haubans et leur amortissement. Il s'agit alors de mesurer les harmoniques vibratoires du hauban sous l'influence du trafic ou sur une excitation de type impulsion ou entretenue, à l'aide d'accéléromètres.

La jauge de déformation : jauge extensométrique à corde vibrante à noyer dans le béton

La jauge extensométrique à noyer dans le béton permet de mesurer les déformations causées par les variations de contraintes. Elle permet de calculer les contraintes là où les modules de déformation sont connus après corrections pour les effets de température, de fluage et les réactions autogènes du béton. Les principales structures en béton instrumentées avec ces jauges extensométriques sont :

• les barrages
• les centrales nucléaires
• les ponts et viaducs
• les grands édifices
• les revêtements de tunnel
• les pieux et caissons

Elles peuvent être installées avant le coulage du béton frais ou préalablement placée dans un petit bloc de béton qui, lui, sera placé dans le béton frais. Il est aussi possible d’injecter les jauges ou le petit bloc dans un trou préforé.

La jauge extensométrique est constituée d’un fil d’acier soudé à deux têtes en acier à l’aide d’une soudure à l’étain de faible module de déformation. La distance entre les flasques rondes des têtes détermine la base de mesure. Un petit bloc latéral à mi-longueur du tube renferme les électroaimants d’entretien et d’écoute. Une résistance électrique d’une des bobines électromagnétiques peut également fournir la température.

La lecture des jauges à corde vibrante s’effectue à l’aide d’un poste portable ou d’une centrale d’acquisition de données. Elle peut être effectuée en mode « amorti » ou « entretenu » selon les fabricants.

Les déformations entre les têtes de fixation aux extrémités du capteur induisent des variations de la longueur et de la fréquence de vibration de la corde. La relation fréquence-élongation caractérise chaque type de jauge extensométrique et permet de calculer les déformations unitaires à partir du coefficient extensométrique K.

Musique

Voir Corde (musique).

Voir aussi

Articles connexes

• Onde sur une corde vibrante
• Onde mécanique

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