درک ویبرومتری لیزری
تعریف: ویبرومتری لیزری چیست؟
ویبرومتری لیزری یک تکنیک نوری غیر تماسی برای اندازه‌گیری است لرزش سرعت and جابجایی با استفاده از جابجایی داپلر نور لیزر منعکس شده از سطوح مرتعش. یک ارتعاش‌سنج داپلر لیزری (LDV) پرتو لیزر را به نقطه اندازه‌گیری هدایت می‌کند و با حرکت سطح، فرکانس نور منعکس شده متناسب با سرعت سطح تغییر می‌کند. با تشخیص این تغییر فرکانس به صورت تداخل‌سنجی، LDV ارتعاش را بدون هیچ گونه تماس فیزیکی، بارگذاری جرمی یا آماده‌سازی سطح فراتر از دسترسی نوری اندازه‌گیری می‌کند.
ارتعاش‌سنجی لیزری امکان اندازه‌گیری‌هایی را فراهم می‌کند که با حسگرهای تماسی غیرممکن یا غیرعملی هستند: اجزای چرخان، سازه‌های سبک (که جرم حسگر بر نتایج تأثیر می‌گذارد)، مکان‌های غیرقابل دسترس، سطوح داغ و بررسی‌های مکانی سریع در مناطق بزرگ. اگرچه ارتعاش‌سنج‌های لیزری گران هستند، اما ابزارهای تحقیقاتی و عیب‌یابی ارزشمندی برای کاربردهای پیشرفته هستند. آنالیز مودال و کاربردهای تخصصی.
اصل عملیاتی
اثر داپلر لیزری
- انتشار لیزر: پرتو لیزر همدوس (معمولاً لیزر قرمز He-Ne، 633 نانومتر)
- تقسیم پرتو: به پرتو اندازه‌گیری (به سمت هدف) و پرتو مرجع تقسیم می‌شود
- بازتاب: پرتو اندازه‌گیری از سطح مرتعش بازتاب می‌شود
- جابجایی داپلر: فرکانس نور بازتابی با سرعت سطح جابجا می‌شود
- تداخل: پرتو بازتابی با پرتو مرجع ترکیب می‌شود
- تشخیص: فرکانس ضربان از تداخل = جابجایی داپلر
- دمدولاسیون: فرکانس داپلر متناسب با سرعت سطح
پارامترهای اندازه‌گیری شده
- اولیه: سرعت (مستقیماً از جابجایی داپلر)
- ادغام: جابجایی (با ادغام سرعت)
- تمایز: شتاب (مشتق‌گیری از سرعت)
- محدوده فرکانس: DC تا ۱.۵ مگاهرتز (بسته به مدل)
- محدوده دامنه: نانومتر تا میلی‌متر (محدوده دینامیکی بسیار وسیع)
مزایا
غیر تماسی
- بدون اثرات بارگذاری جرم حسگر
- مناسب برای سازه‌های سبک
- اندازه‌گیری سطوح دوار (تیغه‌ها، شفت‌ها)
- بدون زمان نصب و چسب
دسترسی‌پذیری
- نقاطی را که برای سنسورهای تماسی قابل دسترسی نیستند، اندازه‌گیری می‌کند
- اندازه‌گیری از راه دور (فاصله چند متر)
- سطوح داغ، محفظه‌های خلاء، مناطق خطرناک
- از طریق پنجره‌ها یا پورت‌های نوری
وضوح مکانی
- اسکن سریع روی سطوح
- صدها نقطه اندازه‌گیری در عرض چند دقیقه
- شکل‌های انحراف عملیاتی به راحتی قابل ثبت هستند
- سیستم‌های ارتعاش‌سنجی سه‌بعدی موجود است
پهنای باند وسیع
- پاسخ DC (جابجایی واقعی)
- تا فرکانس‌های بسیار بالا (ممکن است مگاهرتز)
- یک ابزار واحد، کل محدوده را پوشش می‌دهد
محدودیت‌ها
هزینه بالا
- سیستم‌های LDV: $20,000-200,000+
- برای نظارت روتین مقرون به صرفه نیست
- مناسب برای کاربردها و تحقیقات تخصصی
خط دید الزامی است
- باید مسیر نوری به نقطه اندازه‌گیری داشته باشد
- موانع مانع اندازه‌گیری می‌شوند
- تجهیزات محصور مشکل‌ساز هستند
الزامات سطح
- هدف باید نور لیزر را منعکس کند
- سطوح براق ممکن است نیاز به پرداخت داشته باشند (نوار بازتابنده، پوشش پودری)
- مواد شفاف دشوار است
حساسیت محیطی
- جریان هوا بر پرتو تأثیر می‌گذارد
- گرد و غبار، مه روغن، نور را پراکنده می‌کنند
- لرزش LDV به خودی خود بر اندازه‌گیری تأثیر می‌گذارد
- گرادیان دما باعث انحراف پرتو می‌شود
کاربردها
اندازه‌گیری قطعات دوار
- ارتعاش پره در توربین‌ها، فن‌ها، کمپرسورها
- فرکانس و انحراف تیغه‌های منفرد
- ارتعاش پیچشی شفت‌ها
- ارتعاش دندانه چرخ دنده
آزمایش سازه‌های سبک
- بردهای الکترونیکی، دستگاه‌های MEMS
- پانل‌ها و غشاهای نازک
- جایی که جرم حسگر بر نتایج تأثیر می‌گذارد
آنالیز مودال
- اندازه‌گیری‌های شکل انحراف عملیاتی (ODS)
- تعیین شکل مد
- نقشه‌برداری‌های فضایی سریع (صدها نقطه)
- نمایش‌های متحرک از حرکت سازه‌ها
محیط‌های ویژه
- دمای بالا (از فاصله دور)
- محفظه‌های خلاء (از طریق پنجره‌ها)
- اتاق‌های تمیز (بدون آلودگی ناشی از حسگرها)
- مناطق خطرناک (اندازه‌گیری از فاصله ایمن)
انواع ویبرومترهای لیزری
LDV تک نقطه‌ای
- اندازه‌گیری مکان واحد در یک زمان
- اسکن دستی یا موتوری
- رایج‌ترین و اقتصادی‌ترین
اسکن LDV
- سیستم آینه‌ای به سرعت لیزر را در سراسر سطح اسکن می‌کند
- اندازه‌گیری متوالی چندین نقطه
- اندازه‌گیری‌های خودکار ODS
ال دی وی سه بعدی
- سه پرتو لیزر از زوایای مختلف
- ارتعاش را به مولفه‌های X، Y، Z تجزیه می‌کند
- توصیف کامل حرکت سه‌بعدی
- گران‌ترین
LDV چرخشی
- مخصوص اندازه‌گیری سطوح چرخان
- نقطه خاصی را در چرخش دنبال می‌کند
- اندازه‌گیری ارتعاش پیچشی
بهترین شیوه‌های اندازه‌گیری
راه‌اندازی
- نصب سفت و سخت LDV (سه پایه یا پایه)
- تراز عمود بر سطح (اندازه‌گیری حرکت به سمت/دور از LDV)
- فاصله بهینه (معمولاً 0.3 تا 5 متر)
- به حداقل رساندن اختلالات محیطی
سطح هدف
- سطح تمیز و بازتابنده نوری بهتر است
- نوار بازتابنده سیگنال را برای سطوح دشوار تقویت می‌کند
- از انعکاس آینه‌ای (مانند آینه) خودداری کنید
- پوشش سطحی سبک در صورت نیاز
مقایسه با سنسورهای تماسی
| ویژگی | سنسورهای تماسی | ویبرومتری لیزری |
|---|---|---|
| بارگذاری انبوه | می‌تواند بر نتایج تأثیر بگذارد | صفر (بدون تماس) |
| نصب | نصب مورد نیاز است | نقطه و اندازه گیری |
| سطوح چرخان | دشوار/غیرممکن | سرراست |
| هزینه | کم ($100-5000) | بالا ($20k-200k+) |
| نظارت روتین | ایده‌آل | عملی نیست |
| تحقیق/ویژه | محدود | عالی |
ارتعاش‌سنجی لیزری قابلیت‌های منحصر به فرد اندازه‌گیری ارتعاش غیرتماسی را فراهم می‌کند که اندازه‌گیری‌های غیرممکن با حسگرهای تماسی سنتی را امکان‌پذیر می‌سازد. در حالی که هزینه و پیچیدگی، استفاده معمول را محدود می‌کند، ارتعاش‌سنج‌های لیزری ابزارهای تحقیقاتی ارزشمند و عیب‌یابی تخصصی برای تجزیه و تحلیل اجزای چرخشی، آزمایش سازه‌های سبک و بررسی‌های سریع ارتعاش فضایی در تشخیص ماشین‌آلات پیشرفته و کاربردهای دینامیک سازه هستند.
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 