Pochopení laserové vibrometrie
Definice: Co je laserová vibrometrie?
Laserová vibrometrie je bezkontaktní optická technika pro měření vibrace rychlost a přemístění pomocí Dopplerova posunu laserového světla odraženého od vibrujících povrchů. Laserový Dopplerův vibrometr (LDV) směruje laserový paprsek do bodu měření a s pohybem povrchu se frekvence odraženého světla úměrně mění s rychlostí povrchu. Detekcí tohoto frekvenčního posunu interferometricky měří LDV vibrace bez jakéhokoli fyzického kontaktu, hmotnostního zatížení nebo přípravy povrchu mimo optickou přístupnost.
Laserová vibrometrie umožňuje měření, která jsou s kontaktními senzory nemožná nebo nepraktická: rotující součásti, lehké konstrukce (kde hmotnost senzoru ovlivňuje výsledky), nepřístupná místa, horké povrchy a rychlé prostorové průzkumy velkých ploch. I když jsou laserové vibrometry drahé, jsou neocenitelnými nástroji pro výzkum a řešení problémů pro pokročilé... modální analýza a specializované aplikace.
Princip fungování
Laserový Dopplerův jev
- Laserové vyzařování: Koherentní laserový paprsek (obvykle He-Ne červený laser, 633 nm)
- Dělení paprsku: Rozděleno na měřicí paprsek (k cíli) a referenční paprsek
- Odraz: Měřicí paprsek se odráží od vibrujícího povrchu
- Dopplerův posun: Frekvence odraženého světla posunutá o rychlost povrchu
- Rušení: Odražený paprsek rekombinovaný s referenčním paprskem
- Detekce: Frekvence záblesků z interference = Dopplerův posuv
- Demodulace: Dopplerova frekvence úměrná rychlosti povrchu
Měřené parametry
- Primární: Rychlost (přímo z Dopplerova posunu)
- Integrace: Posun (integrovaná rychlost)
- Diferenciace: Zrychlení (derivovaná rychlost)
- Frekvenční rozsah: DC až 1,5 MHz (v závislosti na modelu)
- Rozsah amplitudy: nm až mm (extrémně široký dynamický rozsah)
Výhody
Bezkontaktní
- Žádné účinky zatížení senzoru hmotností
- Ideální pro lehké konstrukce
- Měření rotujících povrchů (lopatky, hřídele)
- Žádný čas na instalaci ani lepidlo
Přístupnost
- Měří body nepřístupné kontaktním senzorům
- Dálkové měření (v řádu metrů)
- Horké povrchy, vakuové komory, nebezpečné oblasti
- Přes okna nebo optické porty
Prostorové rozlišení
- Rychlé skenování povrchů
- Stovky měřicích bodů během několika minut
- Snadno zachytitelné tvary provozních průhybů
- K dispozici jsou 3D vibrometrické systémy
Široká šířka pásma
- DC odezva (skutečný posun)
- Pro velmi vysoké frekvence (možné MHz)
- Jeden nástroj pokrývá celý rozsah
Omezení
Vysoké náklady
- Systémy LDV: $20 000–200 000+
- Není nákladově efektivní pro rutinní monitorování
- Oprávněno pro specializované aplikace a výzkum
Vyžaduje se přímá viditelnost
- Musí mít optickou cestu k bodu měření
- Překážky brání měření
- Problém s uzavřeným zařízením
Požadavky na povrch
- Cíl musí odrážet laserové světlo
- Lesklé povrchy mohou vyžadovat úpravu (reflexní páska, práškové lakování)
- Průhledné materiály obtížné
Citlivost na životní prostředí
- Vzdušné proudy ovlivňují paprsek
- Prach a olejová mlha rozptylují světlo
- Vibrace samotného LDV ovlivňují měření
- Teplotní gradienty způsobují bloudění paprsku
Aplikace
Měření rotujících součástí
- Vibrace lopatek turbín, ventilátorů a kompresorů
- Frekvence a výchylka jednotlivých lopatek
- Torzní vibrace hřídelí
- Vibrace zubů ozubeného kola
Zkoušky lehkých konstrukcí
- Elektronické desky, MEMS zařízení
- Tenké panely a membrány
- Kde by hmotnost senzoru ovlivnila výsledky
Modální analýza
- Měření provozního tvaru výchylky (ODS)
- Určení tvaru módu
- Rychlé prostorové průzkumy (stovky bodů)
- Animované ukázky strukturálního pohybu
Speciální prostředí
- Vysoká teplota (z dálky)
- Vakuové komory (přes okna)
- Čisté prostory (bez kontaminace ze senzorů)
- Nebezpečné oblasti (měření z bezpečné vzdálenosti)
Typy laserových vibrometrů
Jednobodový LDV
- Měří vždy jen jedno místo
- Manuální nebo motorizované skenování
- Nejběžnější a nejúspornější
Skenování LDV
- Zrcadlový systém rychle skenuje laserem po povrchu
- Sekvenční měření mnoha bodů
- Automatizované měření ODS
3D LDV
- Tři laserové paprsky z různých úhlů
- Rozkládá vibrace na složky X, Y a Z
- Kompletní 3D charakterizace pohybu
- Nejdražší
Rotační LDV
- Specializováno pro měření rotačních povrchů
- Sleduje konkrétní bod při otáčení
- Měření torzních vibrací
Osvědčené postupy měření
Nastavení
- Pevné uchycení LDV (stativ nebo stojan)
- Kolmé zarovnání s povrchem (měření pohybu směrem k/od LDV)
- Optimální vzdálenost (obvykle 0,3–5 metrů)
- Minimalizujte narušení prostředí
Cílový povrch
- Nejlepší čistý, opticky reflexní povrch
- Retroreflexní páska zesiluje signál na obtížných površích
- Vyhněte se zrcadlovému (zrcadlovému) odrazu
- V případě potřeby lehký povrchový nátěr
Porovnání s kontaktními senzory
| Funkce | Kontaktní senzory | Laserová vibrometrie |
|---|---|---|
| Hromadné nakládání | Může ovlivnit výsledky | Nula (bezkontaktní) |
| Instalace | Montáž nutná | Bod a měření |
| Rotující povrchy | Obtížné/nemožné | Přímočaré |
| Náklady | Nízká ($100–5000) | Vysoká ($20k-200k+) |
| Rutinní monitorování | Ideál | Nepraktické |
| Výzkum/Speciální | Omezený | Vynikající |
Laserová vibrometrie poskytuje jedinečné možnosti bezkontaktního měření vibrací, které umožňují měření, jež jsou nemožná s tradičními kontaktními senzory. I když náklady a složitost omezují rutinní použití, laserové vibrometry jsou neocenitelnými výzkumnými a specializovanými nástroji pro odstraňování problémů pro analýzu rotačních součástí, testování lehkých konstrukcí a rychlé prostorové vibrační průzkumy v pokročilé diagnostice strojů a aplikacích strukturální dynamiky.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 