Pochopenie laserovej vibrometrie
Definícia: Čo je laserová vibrometria?
Laserová vibrometria je bezkontaktná optická technika na meranie vibrácie rýchlosť a výtlak pomocou Dopplerovho posunu laserového svetla odrazeného od vibrujúcich povrchov. Laserový Dopplerov vibrometer (LDV) smeruje laserový lúč do bodu merania a s pohybom povrchu sa frekvencia odrazeného svetla úmerne mení k rýchlosti povrchu. Interferometrickou detekciou tohto frekvenčného posunu LDV meria vibrácie bez akéhokoľvek fyzického kontaktu, hmotnostného zaťaženia alebo prípravy povrchu okrem optickej dostupnosti.
Laserová vibrometria umožňuje merania, ktoré sú nemožné alebo nepraktické s kontaktnými senzormi: rotujúce komponenty, ľahké konštrukcie (kde hmotnosť senzora ovplyvňuje výsledky), neprístupné miesta, horúce povrchy a rýchle priestorové prieskumy na veľkých plochách. Hoci sú laserové vibrometre drahé, sú neoceniteľnými nástrojmi na výskum a riešenie problémov pre pokročilých... modálna analýza a špecializované aplikácie.
Princíp fungovania
Dopplerov efekt laseru
- Laserová emisia: Koherentný laserový lúč (typicky He-Ne červený laser, 633 nm)
- Delenie lúča: Rozdelené na merací lúč (k cieľu) a referenčný lúč
- Reflexia: Merací lúč sa odráža od vibrujúceho povrchu
- Dopplerov posun: Frekvencia odrazeného svetla posunutá o povrchovú rýchlosť
- Rušenie: Odrazený lúč rekombinovaný s referenčným lúčom
- Detekcia: Frekvencia úderov z interferencie = Dopplerov posun
- Demodulácia: Dopplerova frekvencia úmerná povrchovej rýchlosti
Merané parametre
- Primárne: Rýchlosť (priamo z Dopplerovho posunu)
- Integrácia: Posun (integrovaná rýchlosť)
- Diferenciácia: Zrýchlenie (diferenciálna rýchlosť)
- Frekvenčný rozsah: DC až 1,5 MHz (v závislosti od modelu)
- Rozsah amplitúdy: nm až mm (extrémne široký dynamický rozsah)
Výhody
Bezkontaktné
- Žiadne účinky zaťaženia senzora hmotnosťou
- Ideálne pre ľahké konštrukcie
- Meria rotujúce povrchy (lopatky, hriadele)
- Žiadny čas na inštaláciu ani lepidlo
Prístupnosť
- Meria body neprístupné kontaktným senzorom
- Diaľkové meranie (v metroch)
- Horúce povrchy, vákuové komory, nebezpečné priestory
- Cez okná alebo optické porty
Priestorové rozlíšenie
- Rýchle skenovanie povrchov
- Stovky meracích bodov za minúty
- Ľahko zachytiteľné tvary prevádzkových vychýlení
- K dispozícii sú 3D vibrometrické systémy
Široká šírka pásma
- DC odozva (skutočný posun)
- Na veľmi vysoké frekvencie (možno MHz)
- Jeden nástroj pokrýva celý rozsah
Obmedzenia
Vysoké náklady
- Systémy LDV: $20 000 – 200 000+
- Nie je nákladovo efektívne na bežné monitorovanie
- Opodstatnené pre špecializované aplikácie a výskum
Vyžaduje sa priama viditeľnosť
- Musí mať optickú cestu k bodu merania
- Prekážky bránia meraniu
- Problém s uzavretým zariadením
Požiadavky na povrch
- Cieľ musí odrážať laserové svetlo
- Lesklé povrchy môžu vyžadovať úpravu (reflexná páska, práškové lakovanie)
- Priehľadné materiály sú náročné
Citlivosť na prostredie
- Vzdušné prúdy ovplyvňujú lúč
- Prach, olejová hmla rozptyľujú svetlo
- Vibrácie samotného LDV ovplyvňujú meranie
- Teplotné gradienty spôsobujú blúdenie lúča
Aplikácie
Meranie rotujúcich komponentov
- Vibrácie lopatiek v turbínach, ventilátoroch, kompresoroch
- Frekvencia a vychýlenie jednotlivých lopatiek
- Torzné vibrácie hriadeľov
- Vibrácie zubov ozubeného kolesa
Testovanie ľahkých konštrukcií
- Elektronické dosky, MEMS zariadenia
- Tenké panely a membrány
- Kde by hmotnosť senzora ovplyvnila výsledky
Modálna analýza
- Merania prevádzkového tvaru vychýlenia (ODS)
- Určenie tvaru módu
- Rýchle priestorové prieskumy (stovky bodov)
- Animované zobrazenia štrukturálneho pohybu
Špeciálne prostredia
- Vysoká teplota (z diaľky)
- Vákuové komory (cez okná)
- Čisté priestory (žiadna kontaminácia zo senzorov)
- Nebezpečné priestory (meranie z bezpečnej vzdialenosti)
Typy laserových vibrometrov
Jednobodový LDV
- Meria naraz iba jedno miesto
- Manuálne alebo motorizované skenovanie
- Najbežnejšie a najekonomickejšie
Skenovanie LDV
- Zrkadlový systém rýchlo skenuje laser po povrchu
- Sekvenčné meranie mnohých bodov
- Automatizované merania ODS
3D LDV
- Tri laserové lúče z rôznych uhlov
- Rozkladá vibrácie na zložky X, Y a Z
- Kompletná 3D charakterizácia pohybu
- Najdrahšie
Rotačný LDV
- Špecializovaný na meranie rotujúcich plôch
- Sleduje konkrétny bod pri rotácii
- Meranie torzných vibrácií
Najlepšie postupy merania
Nastavenie
- Pevné upevnenie LDV (statív alebo stojan)
- Kolmé zarovnanie s povrchom (meranie pohybu smerom k/od LDV)
- Optimálna vzdialenosť (zvyčajne 0,3 – 5 metrov)
- Minimalizujte rušenie prostredia
Cieľový povrch
- Čistý, opticky reflexný povrch najlepšie
- Retroreflexná páska zlepšuje signál na náročných povrchoch
- Vyhnite sa zrkadlovému (zrkadlovému) odrazu
- Ľahký povrchový náter v prípade potreby
Porovnanie s kontaktnými senzormi
| Funkcia | Kontaktné senzory | Laserová vibrometria |
|---|---|---|
| Hromadné nakladanie | Môže ovplyvniť výsledky | Nula (bezkontaktná) |
| Inštalácia | Montáž je potrebná | Bod a meranie |
| Rotujúce povrchy | Ťažké/nemožné | Priamočiare |
| Cena | Nízka ($100-5000) | Vysoká ($20 000 – 200 000+) |
| Rutinný monitoring | Ideálne | Nie je praktické |
| Výskum/Špeciálne | Obmedzené | Vynikajúce |
Laserová vibrometria poskytuje jedinečné možnosti bezkontaktného merania vibrácií, ktoré umožňujú merania nemožné s tradičnými kontaktnými senzormi. Hoci náklady a zložitosť obmedzujú rutinné používanie, laserové vibrometre sú neoceniteľnými výskumnými a špecializovanými nástrojmi na riešenie problémov pre analýzu rotačných komponentov, testovanie ľahkých konštrukcií a rýchle priestorové vibračné prieskumy v pokročilej diagnostike strojov a aplikáciách štrukturálnej dynamiky.
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 