הבנת ויברמטריית לייזר
הגדרה: מהי ויברומטריית לייזר?
ויברומטריית לייזר היא טכניקה אופטית ללא מגע למדידה רֶטֶט מְהִירוּת and תְזוּזָה באמצעות היסט דופלר של אור לייזר המוחזר ממשטחים רוטטים. מד ויברציה דופלר לייזר (LDV) מכוון קרן לייזר לנקודת המדידה, וככל שהמשטח נע, תדר האור המוחזר משתנה באופן פרופורציונלי למהירות המשטח. על ידי גילוי היסט תדר זה באופן אינטרפרומטרי, ה-LDV מודד ויברציה ללא כל מגע פיזי, עומס מסה או הכנת פני השטח מעבר לנגישות אופטית.
ויברמטריית לייזר מאפשרת מדידות בלתי אפשריות או בלתי מעשיות עם חיישני מגע: רכיבים מסתובבים, מבנים קלים (שם מסת החיישן משפיעה על התוצאות), מקומות נגישים, משטחים חמים וסקרים מרחביים מהירים על פני שטחים גדולים. למרות שהם יקרים, ויברמטריית לייזר היא כלי מחקר ופתרון בעיות יקרי ערך עבור מערכות מתקדמות. ניתוח מודאלי ויישומים ייעודיים.
עקרון הפעולה
אפקט דופלר לייזר
- פליטת לייזר: קרן לייזר קוהרנטית (בדרך כלל לייזר אדום He-Ne, 633 ננומטר)
- פיצול קרן: מחולק לקרן מדידה (ליעד) וקרן ייחוס
- הִשׁתַקְפוּת: קרן המדידה משתקפת ממשטח רוטט
- היסט דופלר: תדר האור המוחזר משתנה על ידי מהירות פני השטח
- הַפרָעָה: קרן מוחזרת משולבת מחדש עם קרן ייחוס
- זיהוי: תדר פעימה מהפרעה = היסט דופלר
- דמודולציה: תדר דופלר פרופורציונלי למהירות פני השטח
פרמטרים נמדדים
- יְסוֹדִי: מהירות (ישירות מהיסט דופלר)
- הִשׁתַלְבוּת: תזוזה (אינטגרציה של מהירות)
- הַבחָנָה: תאוצה (מהירות שונה)
- טווח תדרים: DC עד 1.5 מגה-הרץ (בהתאם לדגם)
- טווח משרעת: ננומטר עד מ"מ (טווח דינמי רחב במיוחד)
יתרונות
ללא מגע
- אין השפעות של טעינת מסת חיישן
- אידיאלי למבנים קלים
- מודד משטחים מסתובבים (להבים, צירים)
- ללא זמן התקנה או דבק
נְגִישׁוּת
- מודד נקודות שאינן נגישות לחיישני מגע
- מדידה מרחוק (במרחק מטרים)
- משטחים חמים, תאי ואקום, אזורים מסוכנים
- דרך חלונות או יציאות אופטיות
רזולוציה מרחבית
- סרוק במהירות על פני משטחים
- מאות נקודות מדידה תוך דקות
- צורות סטייה תפעוליות שנתפסות בקלות
- מערכות ויברומטריה תלת-ממדיות זמינות
רוחב פס רחב
- תגובת DC (תזוזה אמיתית)
- לתדרים גבוהים מאוד (אפשרי מגה-הרץ)
- מכשיר יחיד משתרע על פני כל הטווח
מגבלות
עלות גבוהה
- מערכות LDV: $20,000-200,000+
- לא חסכוני לניטור שגרתי
- מוצדק ליישומים ומחקר ייעודיים
קו ראייה נדרש
- חייב להיות נתיב אופטי לנקודת המדידה
- חסימות מונעות מדידה
- בעייתי בציוד סגור
דרישות פני השטח
- המטרה חייבת להחזיר את אור הלייזר
- משטחים מבריקים עשויים לדרוש טיפול (סרט רפלקטיבי, ציפוי אבקה)
- חומרים שקופים קשים
רגישות סביבתית
- זרמי אוויר משפיעים על הקרן
- אבק, ערפל שמן מפזר אור
- רטט של LDV עצמו משפיע על המדידה
- גרדיאנטים של טמפרטורה גורמים לנדוד קרן
יישומים
מדידת רכיבים מסתובבים
- רעידות להבים בטורבינות, מאווררים, מדחסים
- תדירות וסטייה של להב בודד
- רעידות פיתול של פירים
- רטט שן ההילוכים
בדיקות מבנה קל משקל
- לוחות אלקטרוניקה, התקני MEMS
- פאנלים דקים וממברנות
- היכן מסת החיישן תשפיע על התוצאות
ניתוח מודאלי
- מדידות צורת סטייה תפעולית (ODS)
- קביעת צורת מצב
- סקרים מרחביים מהירים (מאות נקודות)
- תצוגות מונפשות של תנועה מבנית
סביבות מיוחדות
- טמפרטורה גבוהה (מרחוק)
- תאי ואקום (דרך חלונות)
- חדרים נקיים (ללא זיהום מחיישנים)
- אזורים מסוכנים (מדידה ממרחק בטוח)
סוגי מדי ויברציה לייזר
LDV חד-נקודתי
- מודד מיקום בודד בכל פעם
- סריקה ידנית או ממונעת
- הנפוץ והחסכוני ביותר
סריקת LDV
- מערכת מראה סורקת במהירות לייזר על פני השטח
- מדידה סדרתית של נקודות רבות
- מדידות ODS אוטומטיות
רכב LDV תלת-ממדי
- שלוש קרני לייזר מזוויות שונות
- מפרק ויברציות לרכיבי X, Y ו-Z
- אפיון תנועה תלת-ממדי מלא
- הכי יקר
LDV סיבובי
- מתמחה במדידת משטחים מסתובבים
- עוקב אחר נקודה ספציפית בסיבוב
- מדידת רעידות פיתול
שיטות עבודה מומלצות למדידה
התקנה
- הרכבה קשיחה של רכב LDV (חצובה או מעמד)
- יישור ניצב למשטח (מדידת תנועה לכיוון/הרחק מ-LDV)
- מרחק אופטימלי (בדרך כלל 0.3-5 מטרים)
- מזעור הפרעות סביבתיות
משטח המטרה
- משטח נקי ומחזיר אור אופטי בצורה הטובה ביותר
- סרט רטרו-רפלקטיבי משפר את האות עבור משטחים קשים
- הימנעו מהשתקפות ספקולרית (דמוית מראה)
- ציפוי משטח קל במידת הצורך
השוואה עם חיישני מגע
| תכונה | חיישני מגע | ויברומטריית לייזר |
|---|---|---|
| טעינה המונית | יכול להשפיע על התוצאות | אפס (ללא מגע) |
| הַתקָנָה | נדרשת הרכבה | נקודה ומדידה |
| משטחים מסתובבים | קשה/בלתי אפשרי | פָּשׁוּט |
| עֲלוּת | נמוך ($100-5000) | גבוה ($20k-200k+) |
| ניטור שגרתי | אִידֵאָלִי | לא פרקטי |
| מחקר/מיוחד | מוּגבָּל | מְעוּלֶה |
ויברומטריית לייזר מספקת יכולות ייחודיות למדידת ויברציות ללא מגע, המאפשרות מדידות בלתי אפשריות עם חיישני מגע מסורתיים. בעוד שעלות ומורכבות מגבילות את השימוש השגרתי, ויברומטרי לייזר הם כלי מחקר וכלי פתרון בעיות יקרי ערך לניתוח רכיבים מסתובבים, בדיקת מבנים קלים וסקרי ויברציות מרחביים מהירים ביישומי אבחון מכונות מתקדמים ודינמיקה מבנית.
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 