Acquisition de données relatives aux essais de soufflage et aux essais d'explosionSystème d'acquisition de données à haute vitesse destiné à la mesure de la pression de détonation, des ondes de choc, des impulsions et des vibrations lors d'essais d'explosifs.

Qu'est-ce que l'essai de résistance aux éclats, et en quoi est-ce important ?

Les essais de détonation, également appelés essais d'explosion, consistent en la mesure contrôlée des effets de pression, thermiques et mécaniques produits par une détonation ou toute autre libération rapide d'énergie. Il couvre un large éventail d’échelles et de configurations : un échantillon d’explosif de quelques grammes détoné dans un tube à choc de laboratoire, un essai à grande échelle dans une mine à ciel ouvert, un tir réel sur un champ de tir militaire, ou encore un essai de charge explosive sur la façade d’un bâtiment ou la carrosserie d’un véhicule. Dans tous les cas, l'objectif est le même : transformer un phénomène physique violent et fulgurant en données précises et exploitables.

L'importance de ces données varie selon les secteurs, mais les enjeux sont toujours considérables :

• Exploitation minière. La conception des explosions a une incidence directe sur la qualité de la fragmentation, le risque de projection de roches et l'ampleur des vibrations au sol et de la surpression atmosphérique qui se répercutent sur les structures ou les habitations voisines. C'est en mesurant les performances réelles des explosions – et non pas seulement en les modélisant – que les exploitants miniers optimisent la conception des explosions, valident de nouvelles formulations d'explosifs et démontrent leur conformité aux limites légales en matière de surpression atmosphérique et de vibrations.

• Génie civil. La conception résistante aux explosions des façades, des murs anti-explosion, des ponts et d’autres infrastructures critiques doit être validée par rapport à des conditions de charge réelles avant que la conception ne soit finalisée, certifiée ou assurée. Les essais de résistance aux explosions permettent de vérifier de manière empirique si une structure se comporte effectivement comme le prévoient les calculs de conception.

• Défense. Les effets des armes et des engins explosifs improvisés (EEI), les performances du blindage des véhicules, les équipements de protection ainsi que les limites d'exposition du personnel à la surpression due à une explosion sont tous caractérisés grâce à des essais d'explosion instrumentés ; ces données alimentent directement les décisions en matière de protection des forces et de sécurité.

Dans tous ces domaines, les essais d'explosion jouent également un rôle qu'il est facile de négliger : ils constituent l'ensemble de données issues du monde réel qui valide les modèles numériques et de simulation sur lesquels s'appuient de plus en plus les programmes d'essais. La fiabilité d’une simulation dépend entièrement de la qualité des données d’essais physiques sur lesquelles elle a été calibrée – c’est pourquoi la précision du système de mesure sous-jacent est tout aussi importante que l’essai lui-même.

Enregistrez l'historique complet de la pression en fonction du temps, de la montée jusqu'à la phase négative

Une déflagration ou une explosion produit une courbe pression-temps caractéristique : un pic de pression quasi instantané à l'arrivée du front de choc, un retour progressif vers la pression ambiante, puis généralement une phase négative (inférieure à la pression ambiante) avant que la pression ne revienne à la normale.

Pour extraire des données pertinentes de cette signature – que ce soit pour la R&D sur les explosifs, la validation de la conception structurelle ou l'évaluation de l'exposition du personnel –, il faut disposer d'une chaîne de mesure qui n'en déforme ni n'en tronque aucune partie.

Les systèmes Dewesoft sont conçus pour répondre à cette exigence :

• Fréquences d'échantillonnage allant jusqu'à 15 MHz par canal sur Matériel d'acquisition de données SIRIUS XHS permettent d'obtenir des temps de montée bien inférieurs à une microseconde, ce qui permet de capturer l'amplitude de crête réelle plutôt qu'une approximation arrondie.

• Acquisition étendue et sans lacunes enregistre l'intégralité de la phase positive et négative de l'onde, et pas seulement le pic initial, ce qui permet de calculer avec précision l'impulsion (la pression intégrée dans le temps).

• Canaux mathématiques intégrés dans DewesoftX calculer la pression maximale, le temps d'arrivée, la durée de la phase positive et l'impulsion directement à partir de la forme d'onde brute, sans avoir à l'exporter vers un logiciel d'analyse distinct.

• Réseaux multipoints – plusieurs capteurs de pression disposés le long d'une ligne ou d'une grille – permettent aux ingénieurs de suivre la propagation du front d'onde de choc et de déterminer la vitesse et l'atténuation de l'onde en fonction de la distance, ce qui constitue une exigence standard dans le cadre de la caractérisation des explosifs et de la recherche sur les charges d'explosion.

Que l'objectif soit de valider un modèle de simulation par rapport à des données réelles de détonation ou de vérifier qu'une explosion en conditions réelles respecte les limites réglementaires de surpression atmosphérique, l'exigence sous-jacente reste la même : disposer d'un système de mesure capable de restituer l'événement tel qu'il s'est réellement produit.

Compatibilité directe et à faible bruit avec les capteurs de pression d'explosion

La pression de soufflage est généralement mesurée à l'aide de l'une des deux technologies de capteurs existantes, et le matériel Dewesoft est conçu pour fonctionner avec les deux sans nécessiter de traitement supplémentaire du signal :

• Capteurs de pression piézoélectriques ICP®/IEPE (éléments en quartz ou en tourmaline, sondes crayon en champ libre ou capteurs à pression réfléchie) nécessitent une source d'excitation à courant constant. Les modules Dewesoft SIRIUS XHS fournissent jusqu’à 20 mA d’alimentation IEPE intégrée, répondant ainsi aux besoins en courant plus élevés spécifiés par de nombreux capteurs de déflagration à haute fréquence, sans nécessiter d’amplificateur ICP externe dans le chemin du signal.

• Capteurs de pression piézorésistifs, souvent utilisés pour des mesures de longue durée ou à couplage en courant continu, pour lesquelles la fuite de charge du capteur piézoélectrique constituerait une contrainte, se connectent via les modules d’entrée de tension et de pont de Dewesoft.

L'intégrité du signal ne dépendant pas uniquement du capteur lui-même, certains détails de la chaîne de mesure dans son ensemble revêtent une importance particulière. L'équipe d'ingénierie et d'assistance technique de Dewesoft peut vous aider à définir chacun de ces détails pour un plan de test donné :

• Câblage coaxial à faible capacité afin de préserver la réponse en hautes fréquences sur les tronçons de câble reliant le capteur au système d'enregistrement, dont la longueur peut varier de quelques dizaines à plusieurs centaines de mètres, notamment sur un site minier.

• Adaptation de la fréquence de résonance et du temps de montée entre le capteur et la durée prévue de l'impulsion, de sorte que l'élément de détection lui-même ne devienne pas le facteur limitant de la mesure.

• Protection contre la chaleur et les flashs lumineux pour les capteurs installés à proximité du lieu de la détonation, où la chaleur rayonnante et le flash de la boule de feu peuvent fausser les mesures avant même que l'onde de choc mécanique n'atteigne les capteurs – un mode de défaillance bien documenté, en particulier pour les éléments piézorésistifs.

Grâce à cette compatibilité directe, un ingénieur d'essais peut utiliser des transducteurs de pression PCB, Kistler ou d'autres transducteurs IEPE/ICP et piézorésistifs déjà homologués pour une norme ou une plage donnée, et les connecter directement à un système Dewesoft, sans avoir à repenser la chaîne de signal autour du système d'acquisition de données (DAQ).

Une seule plateforme logicielle, de la configuration des capteurs au rapport final

DewesoftX est fourni avec chaque système d'acquisition de données Dewesoft et couvre l'ensemble du processus d'un essai d'explosion, depuis la configuration initiale des capteurs jusqu'à la génération du rapport final :

• Configuration du capteur et du système TEDS grâce à ses bibliothèques intégrées pour les capteurs IEPE/ICP et à pont, ce qui permet de configurer correctement la sensibilité et les unités des capteurs de pression avant le premier tir.

• Déclenchement flexible, notamment la mise en mémoire tampon pré-déclenchement, les déclencheurs de niveau et de pente, ainsi que les entrées de déclenchement externes (provenant d'une coupure de fil, d'une commande de détonateur ou d'un signal de synchronisation), de sorte que le système soit armé et en cours d'enregistrement avant même que l'événement ne se produise.

• Visualisation en temps réel de chaque canal pendant la configuration et l'exécution des tests, ce qui permet de vérifier l'état des capteurs et les niveaux de signal avant un test en conditions réelles – et non pas de les découvrir a posteriori dans les données. L'affichage s'actualisant en temps réel, les ingénieurs peuvent également examiner les formes d'onde entrantes alors qu'un enregistrement de longue durée est encore en cours, sans avoir à attendre qu'il se termine.

• Synchronisation horaire sur un vaste site d'essai, notamment la synchronisation IRIG, GPS et PTP (IEEE 1588), permet de maintenir plusieurs unités d'acquisition de données (DAQ) synchronisées sur la même horloge sur un vaste site d'explosion ou un champ d'essai – ce qui est essentiel lorsque des réseaux de capteurs ou des stations de caméras sont répartis sur des centaines de mètres ou répartis entre plusieurs unités d'enregistrement indépendantes.

• Enregistrement local redondant et à sécurité intégrée. Étant donné qu'un essai d'explosion ne peut généralement pas être répété, les données sont enregistrées dans une mémoire non volatile intégrée au système au fur et à mesure de leur acquisition, plutôt que d'être conservées uniquement en mémoire vive ; ainsi, une défaillance du système après l'explosion ne met pas en péril le seul jeu de données généré par l'essai.

• Fonctions mathématiques intégrées, notamment la détection des pics, le calcul des impulsions (intégrales), la transformée de Fourier rapide (FFT) et l'analyse d'ordre, le filtrage et la comparaison entre canaux, de sorte que l'analyse post-test s'effectue dans le même logiciel que celui utilisé pour l'enregistrement des données.

• Génération automatisée de rapports pour exporter les résultats traités, les graphiques et les vidéos dans un format de rapport structuré, en vue d'un examen interne, d'une remise au client ou d'un dépôt auprès des autorités réglementaires.

Comme DewesoftX fonctionne de la même manière quelle que soit la configuration matérielle Dewesoft – qu’il s’agisse d’une unité de terrain compacte ou d’un système complet à châssis multiples –, les ingénieurs qui se familiarisent avec le logiciel dans le cadre d’un programme de test peuvent appliquer le même flux de travail au programme suivant, quelle que soit l’évolution de la portée de l’instrumentation.

Spécialement conçu pour les programmes d'explosifs destinés à l'exploitation minière, au génie civil et à la défense

Les essais de résistance aux chocs et aux explosions couvrent un large éventail d'applications, chacune présentant des exigences de mesure différentes :

• Exploitation minière : La validation de la conception des explosions, le développement d'explosifs et le contrôle de la conformité nécessitent des mesures précises de la surpression atmosphérique et des vibrations au sol. Dewesoft prend en charge les réseaux de capteurs multipoints pour les opérations de minage en production et la R&D dans le domaine des explosifs, qu'il s'agisse de mesurer la pression de détonation ou de surveiller les vibrations et les limites de l'onde de choc au niveau des structures voisines.

• Génie civil : Les ouvrages résistants aux explosions, tels que les façades, les murs anti-explosion, les ponts et les infrastructures critiques, nécessitent la mesure simultanée de la pression, de l'impulsion, de la déformation, du déplacement et de l'accélération. Dewesoft regroupe ces signaux au sein d'un seul système d'acquisition de données synchronisé, permettant ainsi l'analyse directe des charges d'explosion et de la réponse structurelle.

• Défense : Qu'il s'agisse de tubes à chocs, de la caractérisation des engins explosifs ou encore des essais de protection des véhicules et du personnel, les applications de défense exigent des taux d'échantillonnage élevés, de nombreux canaux synchronisés, une vidéo haute vitesse et du matériel de terrain robuste. Les systèmes Dewesoft s'adaptent aussi bien aux expériences en laboratoire qu'aux essais sur le terrain à grande échelle et prennent en charge le fonctionnement à distance pour des essais plus sûrs.

Dans toutes ces applications, le défi est le même : capturer avec précision des événements d'explosion rapides et de forte amplitude, ainsi que leurs effets, sur l'ensemble des canaux de mesure.