Razumijevanje laserske vibrometrije
Definicija: Što je laserska vibrometrija?
Laserska vibrometrija je beskontaktna optička tehnika za mjerenje vibracija brzina and pomak korištenjem Dopplerovog pomaka laserske svjetlosti reflektirane od vibrirajućih površina. Laserski Dopplerov vibrometar (LDV) usmjerava lasersku zraku na točku mjerenja, a kako se površina pomiče, frekvencija reflektirane svjetlosti pomiče se proporcionalno brzini površine. Detektiranjem ovog frekvencijskog pomaka interferometrijski, LDV mjeri vibracije bez ikakvog fizičkog kontakta, opterećenja mase ili pripreme površine izvan optičke dostupnosti.
Laserska vibrometrija omogućuje mjerenja koja su nemoguća ili nepraktična s kontaktnim senzorima: rotirajuće komponente, lagane strukture (gdje masa senzora utječe na rezultate), nepristupačna mjesta, vruće površine i brza prostorna istraživanja na velikim površinama. Iako skupi, laserski vibrometri su neprocjenjivi alati za istraživanje i rješavanje problema za napredne... modalna analiza i specijalizirane aplikacije.
Princip rada
Dopplerov efekt lasera
- Laserska emisija: Koherentni laserski snop (obično He-Ne crveni laser, 633 nm)
- Cijepanje snopa: Podijeljeno na mjernu zraku (do cilja) i referentnu zraku
- Odraz: Mjerna zraka se odbija od vibrirajuće površine
- Dopplerov pomak: Frekvencija reflektirane svjetlosti pomaknuta brzinom površine
- Smetnje: Reflektirani snop rekombiniran s referentnim snopom
- Otkrivanje: Frekvencija otkucaja od interferencije = Dopplerov pomak
- Demodulacija: Dopplerova frekvencija proporcionalna brzini površine
Izmjereni parametri
- Primarno: Brzina (izravno iz Dopplerovog pomaka)
- Integracija: Pomak (integrirana brzina)
- Diferencijacija: Ubrzanje (diferencijalna brzina)
- Frekvencijski raspon: DC do 1,5 MHz (ovisno o modelu)
- Raspon amplitude: nm do mm (izuzetno širok dinamički raspon)
Prednosti
Beskontaktno
- Nema učinaka opterećenja mase senzora
- Idealno za lagane konstrukcije
- Mjeri rotirajuće površine (lopatice, osovine)
- Nema vremena za ugradnju ili ljepila
Pristupačnost
- Mjeri točke nedostupne kontaktnim senzorima
- Daljinsko mjerenje (udaljenost od nekoliko metara)
- Vruće površine, vakuumske komore, opasna područja
- Kroz prozore ili optičke portove
Prostorna rezolucija
- Brzo skenirajte po površinama
- Stotine mjernih točaka u minutama
- Oblici operativnog otklona lako se hvataju
- Dostupni 3D vibrometrijski sustavi
Široka propusnost
- DC odziv (pravi pomak)
- Do vrlo visokih frekvencija (moguće MHz)
- Jedan instrument pokriva cijeli raspon
Ograničenja
Visoka cijena
- LDV sustavi: $20.000-200.000+
- Nije isplativo za rutinsko praćenje
- Opravdano za specijalizirane primjene i istraživanja
Potrebna je linija vidljivosti
- Mora imati optički put do mjerne točke
- Prepreke sprječavaju mjerenje
- Problematična zatvorena oprema
Zahtjevi za površinu
- Meta mora reflektirati lasersku svjetlost
- Sjajne površine mogu zahtijevati tretman (retroreflektirajuća traka, praškasti premaz)
- Teško je prozirnim materijalima
Osjetljivost okoliša
- Zračne struje utječu na snop
- Prašina, uljna magla raspršuju svjetlost
- Vibracije same LDV utječu na mjerenje
- Temperaturni gradijenti uzrokuju lutanje snopa
Primjene
Mjerenje rotirajućih komponenti
- Vibracije lopatica u turbinama, ventilatorima, kompresorima
- Frekvencija i otklon pojedinačnih lopatica
- Torzijske vibracije osovina
- Vibracije zuba zupčanika
Ispitivanje lakih konstrukcija
- Elektroničke ploče, MEMS uređaji
- Tanke ploče i membrane
- Gdje bi masa senzora utjecala na rezultate
Modalna analiza
- Mjerenja oblika operativnog otklona (ODS)
- Određivanje oblika moda
- Brza prostorna istraživanja (stotine točaka)
- Animirani prikazi strukturnog kretanja
Posebna okruženja
- Visoka temperatura (iz udaljenosti)
- Vakuumske komore (kroz prozore)
- Čiste sobe (bez kontaminacije od senzora)
- Opasna područja (mjerenje s sigurne udaljenosti)
Vrste laserskih vibrometara
LDV s jednom točkom
- Mjeri jednu lokaciju odjednom
- Ručno ili motorizirano skeniranje
- Najčešći i najekonomičniji
Skeniranje LDV-a
- Sustav zrcala brzo skenira laserom po površini
- Sekvencijalno mjerenje više točaka
- Automatizirana mjerenja ODS-a
3D LDV
- Tri laserske zrake iz različitih kutova
- Rastavlja vibracije na X, Y i Z komponente
- Potpuna 3D karakterizacija kretanja
- Najskuplji
Rotacijski LDV
- Specijalizirano za mjerenje rotirajućih površina
- Prati određenu točku prilikom rotacije
- Mjerenje torzijskih vibracija
Najbolje prakse mjerenja
Postavljanje
- Kruta montaža LDV-a (stativ ili stalak)
- Okomito poravnanje s površinom (mjerenje gibanja prema/od LDV-a)
- Optimalna udaljenost (obično 0,3-5 metara)
- Minimizirajte poremećaje u okolišu
Ciljna površina
- Najbolje čista, optički reflektirajuća površina
- Retroreflektirajuća traka pojačava signal na teškim površinama
- Izbjegavajte zrcalni (refleksijski) odraz
- Lagani površinski premaz ako je potrebno
Usporedba s kontaktnim senzorima
| Značajka | Kontaktni senzori | Laserska vibrometrija |
|---|---|---|
| Masovno utovarivanje | Može utjecati na rezultate | Nula (beskontaktno) |
| Montaža | Potrebna montaža | Pokaži i izmjeri |
| Rotirajuće površine | Teško/nemoguće | Jednostavno |
| Trošak | Nisko ($100-5000) | Visoka ($20k-200k+) |
| Rutinsko praćenje | Idealno | Nije praktično |
| Istraživanje/Posebno | Ograničeno | Izvrsno |
Laserska vibrometrija pruža jedinstvene mogućnosti beskontaktnog mjerenja vibracija, omogućujući mjerenja nemoguća s tradicionalnim kontaktnim senzorima. Iako troškovi i složenost ograničavaju rutinsku upotrebu, laserski vibrometri su neprocjenjivi alati za istraživanje i specijalizirano rješavanje problema za analizu rotirajućih komponenti, ispitivanje laganih konstrukcija i brza prostorna istraživanja vibracija u naprednoj dijagnostici strojeva i primjenama strukturne dinamike.
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 