Forståelse af laservibrometri
Definition: Hvad er laservibrometri?
Laservibrometri er en berøringsfri optisk teknik til måling vibrationer hastighed og forskydning ved hjælp af Doppler-forskydningen af laserlys reflekteret fra vibrerende overflader. Et laser-Doppler-vibrometer (LDV) retter en laserstråle mod målepunktet, og når overfladen bevæger sig, ændres det reflekterede lys' frekvens proportionalt med overfladehastigheden. Ved at detektere dette frekvensskift interferometrisk måler LDV'en vibrationer uden nogen fysisk kontakt, massebelastning eller overfladebehandling ud over optisk tilgængelighed.
Laservibrometri muliggør målinger, der er umulige eller upraktiske med kontaktsensorer: roterende komponenter, lette strukturer (hvor sensormasse påvirker resultaterne), utilgængelige steder, varme overflader og hurtige rumlige undersøgelser på tværs af store områder. Selvom de er dyre, er laservibrometre uvurderlige forsknings- og fejlfindingsværktøjer til avancerede modal analyse og specialiserede applikationer.
Driftsprincip
Laser Doppler-effekten
- Laseremission: Kohærent laserstråle (typisk He-Ne rød laser, 633 nm)
- Stråleopdeling: Opdelt i målestråle (til mål) og referencestråle
- Afspejling: Målestrålen reflekteres fra vibrerende overflade
- Doppler-skift: Reflekteret lysfrekvens forskydes med overfladehastighed
- Interferens: Reflekteret stråle rekombineret med referencestråle
- Opdagelse: Slagfrekvens fra interferens = Doppler-forskydning
- Demodulation: Dopplerfrekvens proportional med overfladehastighed
Målte parametre
- Primær: Hastighed (direkte fra Doppler-forskydning)
- Integration: Forskydning (integreret hastighed)
- Differentiering: Acceleration (differentieret hastighed)
- Frekvensområde: DC til 1,5 MHz (afhængigt af model)
- Amplitudeområde: nm til mm (ekstremt bredt dynamisk område)
Fordele
Ikke-kontakt
- Ingen effekt på sensormassebelastning
- Ideel til lette strukturer
- Måler roterende overflader (blade, aksler)
- Ingen installationstid eller klæbemiddel
Tilgængelighed
- Måler punkter utilgængelige for kontaktsensorer
- Fjernmåling (meter væk)
- Varme overflader, vakuumkamre, farlige områder
- Gennem vinduer eller optiske porte
Rumlig opløsning
- Scan hurtigt på tværs af overflader
- Hundredvis af målepunkter på få minutter
- Driftsafbøjningsformer, der nemt kan registreres
- 3D-vibrometrisystemer tilgængelige
Bred båndbredde
- DC-respons (sand forskydning)
- Til meget høje frekvenser (MHz muligt)
- Et enkelt instrument dækker hele spektret
Begrænsninger
Høje omkostninger
- LDV-systemer: $20.000-200.000+
- Ikke omkostningseffektiv til rutinemæssig overvågning
- Berettiget til specialiserede anvendelser og forskning
Synslinje påkrævet
- Skal have en optisk sti til målepunktet
- Forhindringer forhindrer måling
- Problematisk med lukket udstyr
Overfladekrav
- Målet skal reflektere laserlys
- Skinnende overflader kan kræve behandling (refleksbånd, pulverlakering)
- Vanskelige gennemsigtige materialer
Miljøfølsomhed
- Luftstrømme påvirker strålen
- Støv, olietåge spreder lys
- Vibration af LDV i sig selv påvirker målingen
- Temperaturgradienter forårsager strålevandring
Applikationer
Måling af roterende komponenter
- Bladvibrationer i turbiner, ventilatorer, kompressorer
- Individuel bladfrekvens og -afbøjning
- Torsionsvibrationer af aksler
- Vibrationer i tandhjulet
Test af letvægtsstruktur
- Elektronikkort, MEMS-enheder
- Tynde paneler og membraner
- Hvor sensormasse ville påvirke resultaterne
Modalanalyse
- Målinger af driftsafbøjningsform (ODS)
- Bestemmelse af tilstandsform
- Hurtige rumlige undersøgelser (hundredvis af punkter)
- Animerede visninger af strukturel bevægelse
Særlige miljøer
- Høj temperatur (fra afstand)
- Vakuumkamre (gennem vinduer)
- Rene rum (ingen kontaminering fra sensorer)
- Farlige områder (måling fra sikker afstand)
Typer af laservibrometre
Enkeltpunkts LDV
- Måler én lokation ad gangen
- Manuel eller motoriseret scanning
- Mest almindelige og økonomiske
Scanning af LDV
- Spejlsystem scanner hurtigt laser på tværs af overfladen
- Sekventiel måling af mange punkter
- Automatiserede ODS-målinger
3D LDV
- Tre laserstråler fra forskellige vinkler
- Opløser vibrationer i X-, Y- og Z-komponenter
- Komplet 3D-bevægelseskarakterisering
- Dyreste
Roterende LDV
- Specialiseret til måling af roterende overflader
- Sporer et specifikt punkt på rotationen
- Måling af torsionsvibrationer
Bedste praksis for måling
Opsætning
- Fast montering af LDV (stativ eller stativ)
- Vinkelret justering i forhold til overfladen (mål bevægelse mod/væk fra LDV)
- Optimal afstand (typisk 0,3-5 meter)
- Minimer miljøforstyrrelser
Måloverflade
- Ren, optisk reflekterende overflade bedst
- Retroreflekterende tape forbedrer signalet på vanskelige overflader
- Undgå spejlende (spejllignende) refleksion
- Let overfladebehandling om nødvendigt
Sammenligning med kontaktsensorer
| Funktion | Kontaktsensorer | Laservibrometri |
|---|---|---|
| Masseindlæsning | Kan påvirke resultaterne | Nul (uden kontakt) |
| Installation | Montering påkrævet | Peg og mål |
| Roterende overflader | Vanskeligt/umuligt | Ligefrem |
| Koste | Lav ($100-5000) | Høj ($20k-200k+) |
| Rutinemæssig overvågning | Ideel | Ikke praktisk |
| Forskning/Special | Begrænset | Fremragende |
Laservibrometri giver unikke berøringsfri vibrationsmålingsfunktioner, der gør målinger umulige med traditionelle kontaktsensorer. Selvom omkostninger og kompleksitet begrænser rutinemæssig brug, er laservibrometre uvurderlige forsknings- og specialiserede fejlfindingsværktøjer til analyse af roterende komponenter, test af letvægtsstrukturer og hurtige rumlige vibrationsundersøgelser i avanceret maskindiagnostik og strukturel dynamik.
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 