Laservibrometrian ymmärtäminen
Määritelmä: Mikä on laservibrometria?
Laservibrometria on kosketukseton optinen mittaustekniikka tärinä nopeus ja siirtymä käyttäen värähtelevistä pinnoista heijastuneen laservalon Doppler-siirtymää. Laser-Doppler-vibrometri (LDV) suuntaa lasersäteen mittauspisteeseen, ja pinnan liikkuessa heijastuneen valon taajuus muuttuu verrannollisesti pintanopeuteen. Havaitsemalla tämän taajuusmuutoksen interferometrisesti LDV mittaa värähtelyä ilman fyysistä kosketusta, massakuormitusta tai pinnan esikäsittelyä optisen saavutettavuuden ulkopuolella.
Laservibrometria mahdollistaa mittaukset, jotka ovat mahdottomia tai epäkäytännöllisiä kosketusantureilla: pyörivät komponentit, kevyet rakenteet (joissa anturin massa vaikuttaa tuloksiin), vaikeasti saavutettavat paikat, kuumat pinnat ja nopeat alueelliset kartoitukset laajoilla alueilla. Vaikka laservibrometrit ovat kalliita, ne ovat korvaamattomia tutkimus- ja vianmääritystyökaluja edistyneille käyttäjille. modaalianalyysi ja erikoissovelluksiin.
Toimintaperiaate
Laser-Doppler-ilmiö
- Laserpäästöt: Koherentti lasersäde (tyypillisesti He-Ne punainen laser, 633 nm)
- Säteen jakaminen: Jaettu mittaussäteeseen (kohteeseen) ja referenssisäteeseen
- Heijastus: Mittaussäde heijastuu värähtelevästä pinnasta
- Doppler-siirtymä: Heijastuneen valon taajuus siirtyy pinnan nopeuden mukaan
- Häiriöt: Heijastunut säde yhdistettynä referenssisäteeseen
- Havaitseminen: Interferenssistä johtuva lyöntitaajuus = Doppler-siirtymä
- Demodulointi: Doppler-taajuus, joka on verrannollinen pintanopeuteen
Mitatut parametrit
- Ensisijainen: Nopeus (suoraan Doppler-siirtymästä)
- Integrointi: Siirtymä (integroitu nopeus)
- Erottelu: Kiihtyvyys (differentiaalinen nopeus)
- Taajuusalue: DC - 1,5 MHz (mallista riippuen)
- Amplitudialue: nm - mm (erittäin laaja dynaaminen alue)
Edut
Kosketukseton
- Ei anturin massakuormituksen vaikutuksia
- Ihanteellinen kevyille rakenteille
- Mittaa pyöriviä pintoja (teriä, akseleita)
- Ei asennusaikaa eikä liimaa
Esteettömyys
- Mittaa pisteitä, joihin kosketusantureilla ei pääse käsiksi
- Etämittaus (metrien päässä)
- Kuumat pinnat, tyhjiökammiot, vaaralliset alueet
- Ikkunoiden tai optisten porttien kautta
Spatiaalinen resoluutio
- Skannaa pintoja nopeasti
- Satoja mittauspisteitä minuuteissa
- Toiminnan taipumamuodot on helppo tallentaa
- Saatavilla 3D-vibrometriajärjestelmiä
Laaja kaistanleveys
- DC-vaste (todellinen siirtymä)
- Hyvin korkeille taajuuksille (mahdollisesti MHz)
- Yksi instrumentti kattaa koko alueen
Rajoitukset
Korkeat kustannukset
- Kevyiden ajoneuvojen järjestelmät: $20 000–200 000+
- Ei kustannustehokas rutiiniseurannassa
- Perusteltu erikoistuneisiin sovelluksiin ja tutkimukseen
Näköyhteys vaaditaan
- Mittauspisteeseen on oltava optinen reitti
- Esteet estävät mittauksen
- Suljetut laitteet ongelmallisia
Pinnan vaatimukset
- Kohteen on heijastettava lasersädettä
- Kiiltävät pinnat saattavat vaatia käsittelyä (heijastinteippi, pulverimaalaus)
- Läpinäkyvät materiaalit vaikeita
Ympäristöherkkyys
- Ilmavirrat vaikuttavat säteeseen
- Pöly, öljysumu sirottavat valoa
- LDV:n värähtely itsessään vaikuttaa mittaukseen
- Lämpötilagradientit aiheuttavat säteen vaellusta
Sovellukset
Pyörivän komponentin mittaus
- Turbiinien, tuulettimien ja kompressorien lapojen tärinä
- Yksittäisen terän taajuus ja taipuma
- Akseleiden vääntövärähtely
- Vaihteiston hampaan tärinä
Kevyiden rakenteiden testaus
- Elektroniikkakortit, MEMS-laitteet
- Ohuet paneelit ja kalvot
- Missä anturin massa vaikuttaisi tuloksiin
Modaalianalyysi
- Käyttöpoikkeaman muodon (ODS) mittaukset
- Moodimuodon määritys
- Nopeat spatiaaliset kartoitukset (satoja pisteitä)
- Animoidut rakenteellisen liikkeen näytöt
Erityisympäristöt
- Korkea lämpötila (etäisyydeltä)
- Tyhjiökammiot (ikkunoiden läpi)
- Puhdastilat (ei antureista peräisin olevaa kontaminaatiota)
- Vaaralliset alueet (mittaus turvalliselta etäisyydeltä)
Laservibrometrien tyypit
Yhden pisteen LDV
- Mittaa yhden sijainnin kerrallaan
- Manuaalinen tai moottoroitu skannaus
- Yleisin ja taloudellisin
LDV:n skannaus
- Peilijärjestelmä skannaa laserin nopeasti pinnan yli
- Useiden pisteiden peräkkäinen mittaus
- Automatisoidut ODS-mittaukset
3D-auto
- Kolme lasersädettä eri kulmista
- Jakaa värähtelyn X-, Y- ja Z-komponentteihin
- Täydellinen 3D-liikkeen karakterisointi
- Kallein
Pyörivä LDV
- Erikoistunut pyörivien pintojen mittaamiseen
- Seuraa tiettyä pistettä pyörimisessä
- Vääntövärähtelyn mittaus
Mittauksen parhaat käytännöt
Asennus
- LDV:n jäykkä kiinnitys (jalusta tai teline)
- Kohtisuora suuntaus pintaan nähden (mitataan liikettä kohti/poispäin maanpinnan tasolta)
- Optimaalinen etäisyys (tyypillisesti 0,3–5 metriä)
- Minimoi ympäristöhäiriöt
Kohdepinta
- Puhdas, optisesti heijastava pinta on paras
- Heijastinnauha parantaa signaalia vaikeilla pinnoilla
- Vältä peilimäistä heijastusta
- Kevyt pintakäsittely tarvittaessa
Vertailu kosketusantureihin
| Ominaisuus | Kosketusanturit | Laservibrometria |
|---|---|---|
| Massan lastaus | Voi vaikuttaa tuloksiin | Nolla (kosketukseton) |
| Asennus | Asennus vaaditaan | Osoita ja mittaa |
| Pyörivät pinnat | Vaikea/mahdoton | Yksinkertainen |
| Maksaa | Matala ($100-5000) | Korkea ($20k-200k+) |
| Rutiiniseuranta | Ihanteellinen | Ei käytännöllinen |
| Tutkimus/Erikois | Rajoitettu | Erinomainen |
Laservibrometria tarjoaa ainutlaatuisia kosketuksettomia värähtelynmittausominaisuuksia, joiden ansiosta mittaukset ovat mahdottomia perinteisillä kosketusantureilla. Vaikka kustannukset ja monimutkaisuus rajoittavat rutiinikäyttöä, laservibrometrit ovat korvaamattomia tutkimus- ja erikoistyökaluja pyörivien komponenttien analysointiin, kevytrakenteiden testaukseen ja nopeisiin spatiaalisiin värähtelymittauksiin edistyneissä konediagnostiikassa ja rakennedynamiikan sovelluksissa.
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 