Forstå laservibrometri
Definisjon: Hva er laservibrometri?
Laservibrometri er en kontaktløs optisk teknikk for måling vibrasjon hastighet og forskyvning ved hjelp av Doppler-forskyvningen av laserlys reflektert fra vibrerende overflater. Et laser Doppler-vibrometer (LDV) retter en laserstråle mot målepunktet, og når overflaten beveger seg, endres frekvensen til det reflekterte lyset proporsjonalt med overflatehastigheten. Ved å oppdage dette frekvensskiftet interferometrisk måler LDV vibrasjon uten fysisk kontakt, massebelastning eller overflatebehandling utover optisk tilgjengelighet.
Laservibrometri muliggjør målinger som er umulige eller upraktiske med kontaktsensorer: roterende komponenter, lette strukturer (der sensormasse påvirker resultatene), utilgjengelige steder, varme overflater og raske romlige undersøkelser over store områder. Selv om de er dyre, er laservibrometre uvurderlige forsknings- og feilsøkingsverktøy for avanserte modal analyse og spesialiserte applikasjoner.
Driftsprinsipp
Laser Doppler-effekten
- Laseremisjon: Koherent laserstråle (vanligvis He-Ne rød laser, 633 nm)
- Stråledeling: Delt inn i målestråle (til mål) og referansestråle
- Speilbilde: Målestrålen reflekteres fra vibrerende overflate
- Doppler-skift: Reflektert lysfrekvens forskjøvet med overflatehastighet
- Interferens: Reflektert stråle rekombinert med referansestråle
- Oppdagelse: Slagfrekvens fra interferens = Dopplerforskyvning
- Demodulering: Dopplerfrekvens proporsjonal med overflatehastighet
Målte parametere
- Primær: Hastighet (direkte fra Doppler-forskyvning)
- Integrering: Forskyvning (integrert hastighet)
- Differensiering: Akselerasjon (differensier hastighet)
- Frekvensområde: DC til 1,5 MHz (avhengig av modell)
- Amplitudeområde: nm til mm (ekstremt bredt dynamisk område)
Fordeler
Ikke-kontakt
- Ingen sensormassebelastningseffekter
- Ideell for lette konstruksjoner
- Måler roterende overflater (blader, aksler)
- Ingen installasjonstid eller lim
Tilgjengelighet
- Måler punkter som ikke er tilgjengelige for kontaktsensorer
- Fjernmåling (meter unna)
- Varme overflater, vakuumkamre, farlige områder
- Gjennom vinduer eller optiske porter
Romlig oppløsning
- Skann raskt over overflater
- Hundrevis av målepunkter på minutter
- Driftsavbøyningsformer som enkelt fanges opp
- 3D-vibrometrisystemer tilgjengelig
Bred båndbredde
- DC-respons (ekte forskyvning)
- Til svært høye frekvenser (MHz mulig)
- Enkelt instrument dekker hele spekteret
Begrensninger
Høye kostnader
- LDV-systemer: $20 000–200 000+
- Ikke kostnadseffektivt for rutinemessig overvåking
- Berettiget for spesialiserte applikasjoner og forskning
Siktelinje kreves
- Må ha optisk bane til målepunktet
- Hindringer hindrer måling
- Problematisk med lukket utstyr
Krav til overflaten
- Målet må reflektere laserlys
- Blanke overflater kan kreve behandling (refleksjonstape, pulverlakkering)
- Vanskelig med gjennomsiktige materialer
Miljøfølsomhet
- Luftstrømmer påvirker strålen
- Støv, oljetåke sprer lys
- Vibrasjon av LDV i seg selv påvirker målingen
- Temperaturgradienter forårsaker strålevandring
Bruksområder
Måling av roterende komponenter
- Bladvibrasjoner i turbiner, vifter, kompressorer
- Individuell bladfrekvens og avbøyning
- Torsjonsvibrasjon av aksler
- Vibrasjon i girtann
Testing av lettvektsstruktur
- Elektronikkkort, MEMS-enheter
- Tynne paneler og membraner
- Hvor sensormasse ville påvirke resultatene
Modalanalyse
- Målinger av driftsavbøyningsform (ODS)
- Bestemmelse av modusform
- Raske romlige undersøkelser (hundrevis av punkter)
- Animerte visninger av strukturell bevegelse
Spesielle miljøer
- Høy temperatur (fra avstand)
- Vakuumkamre (gjennom vinduer)
- Rene rom (ingen forurensning fra sensorer)
- Farlige områder (måling fra sikker avstand)
Typer laservibrometre
Enkeltpunkts LDV
- Måler ett sted om gangen
- Manuell eller motorisert skanning
- Vanligst og mest økonomisk
Skanner LDV
- Speilsystemet skanner raskt laser over overflaten
- Sekvensiell måling av mange punkter
- Automatiserte ODS-målinger
3D LDV
- Tre laserstråler fra forskjellige vinkler
- Oppløser vibrasjon i X-, Y- og Z-komponenter
- Komplett 3D-bevegelseskarakterisering
- Dyreste
Rotasjons-LDV
- Spesialisert for måling av roterende overflater
- Sporer et spesifikt punkt på rotasjonen
- Måling av torsjonsvibrasjoner
Beste praksis for måling
Oppsett
- Stabil montering av LDV (stativ eller stativ)
- Vinkelrett justering til overflaten (mål bevegelse mot/vekk fra LDV)
- Optimal avstand (vanligvis 0,3–5 meter)
- Minimer miljøforstyrrelser
Målflate
- Ren, optisk reflekterende overflate best
- Retroreflekterende tape forbedrer signalet for vanskelige overflater
- Unngå speillignende refleksjon
- Lett overflatebehandling om nødvendig
Sammenligning med kontaktsensorer
| Trekk | Kontaktsensorer | Laservibrometri |
|---|---|---|
| Masseinnlasting | Kan påvirke resultatene | Null (kontaktløs) |
| Installasjon | Montering kreves | Pek og mål |
| Roterende overflater | Vanskelig/umulig | Enkel |
| Koste | Lav ($100-5000) | Høy ($20k–200k+) |
| Rutinemessig overvåking | Ideelt | Ikke praktisk |
| Forskning/Spesial | Begrenset | Glimrende |
Laservibrometri gir unike berøringsfrie vibrasjonsmålingsmuligheter som gjør målinger umulige med tradisjonelle kontaktsensorer. Selv om kostnader og kompleksitet begrenser rutinemessig bruk, er laservibrometre uvurderlige forsknings- og spesialiserte feilsøkingsverktøy for analyse av roterende komponenter, testing av lettvektsstrukturer og raske romlige vibrasjonsundersøkelser i avansert maskindiagnostikk og strukturdynamikkapplikasjoner.
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 