Notre challenge: la fiabilité de nos systèmes d'acquisition de données est testée pour répondre aux applications en milieux sévères

Des équipements d’essais et de mesure ultra-durcis, devant être utilisés en environnements sévères, doivent être testés dans des conditions réelles vraiment dures comme une exposition à une humidité exceptionnelle, à des températures anormales et à des vibrations extrêmes, de manière à pouvoir fournir des résultats de mesure précis. Pour obtenir et garantir ces résultats, les systèmes d’acquisition de données doivent être initialement et entièrement testés avant d'être utilisés dans leurs applications. A travers les nouveaux modules de la famille QuantumX, en version durcis, nous voudrions vous décrire plus en détail les procédures d'essais.

Prenons le terme ultra-durci. En quoi le nouveau module durci du QuantumX assure une plus grande longévité opérationnelle et une meilleure fiabilité d'acquisition des données lors d’essais réalisés par tous les temps sur un terrain accidenté ?

D'abord, jetons un coup d'œil sur la simple fourniture d’un boitier en métal scellé et des connecteurs robustes qui pourraient sembler suffisants pour rendre un système DAQ apte à tous les environnements. Cependant, un des premiers défis est d'examiner de manière approfondie les applications cibles et les conditions environnementales spécifiques car celles-ci peuvent influencer la conception globale de l’unité DAQ. Les applications cibles pour utiliser ces matériels ultra-robustes sont par exemple le secteur de la construction ou l'exploitation des mines, l'agriculture ou l’industrie marine et toutes les applications mobiles mais aussi certaines utilisations en laboratoire.

Travaillant étroitement avec les utilisateurs de matériels de mesure, HBM a rassemblé les profils typiques d’utilisation et a classifié ces derniers pour développer une gamme de filtres de façon à optimiser la qualité des données. Les profils de fonctionnement sont un mélange d’amplitudes et de fréquences recueillies dans le temps qui varient en influence selon le système DAQ

Assurer la fiabilité

Pour assurer la fiabilité de ses modules d’acquisition de données qui seront utilisés dans des environnements sévères, HBM a entrepris de les tester en simulant des situations exigeantes physiquement.

Un aspect important de ce travail a été de développer des essais normalisés. En effet ces essais normalisés donnent un retour inestimable en développant la capacité d'un module à fournir des résultats reproductibles. Par exemple, un module reste-t-il complètement opérationnel quand le boitier est fendu ou qu’un fil est coupé ?

Plusieurs de ces essais de fiabilité sont réalisés dans le propre laboratoire d’essai environnemental accrédité de HBM. Celui-ci est équipé d’une chambre climatique, d’un système électromécanique produisant des chocs et des vibrations, de bassins d’eau et de moyens de tests aux interférences électromagnétiques. De manière à compléter certains autres essais, nous faisons appel à des spécialistes extérieurs.

Essai de l'influence de la température et de l'humidité

Picture: test of dew point crossing

Une spécification importante de conception était la nécessité d’augmenter la plage de température ambiante de -35°C à 80°C (- 30 à 175°F) pour les nouveaux modules  QuantumX en version durcie.

L'essai pour vérifier que ces modules pouvaient fonctionner correctement à ces températures extrêmes a été réalisé dans des chambres climatiques qui ont permis d’étudier l'influence de cycles rapides de changements de température et d'humidité sur les appareils. Ces essais ont permis aussi de déterminer les fonctionnalités des modules que ce soit en fonctionnement, en phase de stockage ou de passage à ces conditions environnementales.  

Des essais de choc thermique ont été réalisés pour déterminer la capacité de l'appareil à résister aux changements soudains de température. Ces conditions sont les plus sévères de tous les essais relatifs à la température car elles impliquent des changements très rapides de température. Les modules sont conçus pour un changement opérationnel de 30°C par minute. Les essais sont particulièrement critiques puisque les modules peuvent être utilisés sur des essais de véhicule se déroulant en hiver. Dans ce cas ils peuvent être complètement gelés alors qu’ils ne sont pas sous tension, et se réchauffé plus tard lorsqu’ils sont mis sous tension.

Les ingénieurs HBM simulent des conditions réelles en exposant le module à une température de -40°C durant trois heures et ensuite très rapidement à 85°C. La  température est maintenue à ce niveau pendant encore trois heures avant d'être amenée à la température ambiante de sorte que le point de condensation soit dépassé. Cela permet de vérifier l’effet de la condensation sur le module. L'essai est répété au minimum dix fois.

Tests de secousses et de chocs

Les secousses ou les chocs d'un composant ou d'un assemblage de composants se traduise par des essais de vibrations. Ce type d’essais est exigé pour voir comment les modules se comportent lorsqu’ils sont employés dans des essais pratiques sur un terrain très accidenté. Les dommages ont plus de chance de se produire quand l’appareil vibre à sa fréquence propre ou de résonance.

Photo: Essais de vibration 

Pour garantir une durée de vie maximum, le module est monté sur un vibreur ou dans un dispositif de vibration. Il est soumis à un à un cycle vibratoire de 5 g pendant 35 minutes entre 55 et 2000 hertz dans les trois axes directionnels. Toutes les fréquences de résonance découvertes sont testées à nouveau pour cinq minutes  encore avec une amplitude constante de 0.06 pouce. Les fréquences inférieures de 10 à 55 hertz sont balayées en une minute avec des essais durant au total deux heures dans chaque direction.

Photo: Essais de vibration – balayage sinusoïdal des secousses

De même des chocs à 35 g ont été exécutés sur les appareils. Pour cet essai, le module a été monté dans un système de vibration et a été soumis à des chocs de 35 g pendant 6 ms dans chacune des trois directions.

Photo: Essais de chocs

 

Enfin l'unité a été soumise à un essai de chute d'un mètre et l’on vérifie si elle fonctionne correctement après cet impact.

Tests de pénétration de l'eau, de la poussière et de saletés

HBM effectue les essais en deux parties. La première consiste, à la fois pour les protections IP65 et IP67, a placer le module dans une chambre hermétique de test à la poussière. Une pompe diffuse de la poudre de talc extrêmement fine. Une pompe à vide est utilisée pour s'assurer que le module est lui-même au-dessous de la pression atmosphérique. Les essais sont concluants puisqu’il n'y avait aucune infiltration de poussière dans l'appareil. 

La deuxième partie de l'essai, le module IP65 a été examiné avec un jet d’eau haute pression projetée pendant quelques heures alors que pour garantir l’IP67 le module a été submergé à une profondeur d'un mètre pendant 24 heures. Dans les deux essais aucune entrée d’eau n'a été constatée.  

Photo: Tests de protection IP - Essais effectués en chambre à poussière

Photo: Tests de protection IP - Eau haute pression projetée par jet

Tests aux interférences électromagnétiques et tests d’immunité

A part l'influence possible d’un radar de bateau, les applications cibles des derniers modules robustes de HBM n'exigent pas des conditions spécifiques vis à vis des influences électromagnétiques. Néanmoins, HBM a testé l'interférence électromagnétique sur ses appareils selon la norme EN61326 et les modules ont reçu la marque CE qui indique bien la conformité des appareils avec les directives CEM et basse tension.

Critères complémentaires en matière d'environnement

Bien que HBM ait rigoureusement testé ses modules QuantumX pour répondre aux  exigences très rigoureuses du marché, il y a des critères complémentaires qui n'ont pas été considérés essentiellement dans la conception ou les essais de ces modules.

Comme :

  • Basse pression (altitude) - les modules sont équipés d'une membrane spéciale qui n'a pas été examiné en basse pression ou dans le vide.
  • Produits chimiques, susceptibilité des fluides, sel
  • Exposition directe au soleil
  • Effets magnétiques
  • Explosion et inflammabilité

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Systèmes de mesure durcis HBM

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Pour en savoir plus sur SoMat

QuantumX en version durcie

Plus d'information sur la version durcie des modules QuantumX (MX840A, MX410, MX1601, MX460)

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