Razumevanje laserske vibrometrije
Definicija: Kaj je laserska vibrometrija?
Laserska vibrometrija je brezkontaktna optična tehnika za merjenje vibracije hitrost in . premik z uporabo Dopplerjevega premika laserske svetlobe, ki se odbija od vibrirajočih površin. Laserski Dopplerjev vibrometer (LDV) usmeri laserski žarek na merilno točko in ko se površina premika, se frekvenca odbite svetlobe spreminja sorazmerno s hitrostjo površine. Z interferometričnim zaznavanjem tega frekvenčnega premika LDV meri vibracije brez kakršnega koli fizičnega stika, masne obremenitve ali priprave površine, razen optične dostopnosti.
Laserska vibrometrija omogoča meritve, ki so s kontaktnimi senzorji nemogoče ali nepraktične: vrteče se komponente, lahke strukture (kjer masa senzorja vpliva na rezultate), nedostopna mesta, vroče površine in hitre prostorske meritve na velikih območjih. Čeprav so dragi, so laserski vibrometri neprecenljiva orodja za raziskovanje in odpravljanje težav za napredne... modalna analiza in specializirane aplikacije.
Načelo delovanja
Dopplerjev učinek laserja
- Laserska emisija: Koherentni laserski žarek (običajno He-Ne rdeči laser, 633 nm)
- Delitev žarka: Razdeljen na merilni žarek (do cilja) in referenčni žarek
- Odsev: Merilni žarek se odbija od vibrirajoče površine
- Dopplerjev premik: Frekvenca odbite svetlobe, premaknjena s hitrostjo površine
- Motnje: Odbiti žarek, rekombiniran z referenčnim žarkom
- Zaznavanje: Frekvenca utripov zaradi interference = Dopplerjev premik
- Demodulacija: Dopplerjeva frekvenca sorazmerna s hitrostjo površine
Izmerjeni parametri
- Primarno: Hitrost (neposredno iz Dopplerjevega premika)
- Integracija: Premik (integrirana hitrost)
- Diferenciacija: Pospešek (diferencialna hitrost)
- Frekvenčno območje: DC do 1,5 MHz (odvisno od modela)
- Amplitudno območje: nm do mm (izjemno širok dinamični razpon)
Prednosti
Brezkontaktno
- Brez učinkov obremenitve senzorja z maso
- Idealno za lahke konstrukcije
- Merjenje vrtečih se površin (lopatic, gredi)
- Brez časa za namestitev ali lepila
Dostopnost
- Meri točke, ki niso dostopne kontaktnim senzorjem
- Daljinsko merjenje (v nekaj metrih)
- Vroče površine, vakuumske komore, nevarna območja
- Skozi okna ali optična vrata
Prostorska ločljivost
- Hitro skeniranje po površinah
- Na stotine merilnih točk v nekaj minutah
- Enostavno zaznavanje oblik odklona pri delovanju
- Na voljo so 3D vibrometrični sistemi
Široka pasovna širina
- Odziv na enosmerni tok (dejanski premik)
- Do zelo visokih frekvenc (možno MHz)
- En sam instrument pokriva celoten razpon
Omejitve
Visoki stroški
- Sistemi za lahka vozila: $20.000–200.000+
- Ni stroškovno učinkovito za rutinsko spremljanje
- Upravičeno za specializirane aplikacije in raziskave
Zahtevana je vidna linija
- Mora imeti optično pot do merilne točke
- Ovire preprečujejo merjenje
- Težava z zaprto opremo
Zahteve glede površine
- Tarča mora odbijati lasersko svetlobo
- Sijajne površine lahko zahtevajo obdelavo (retroreflektivni trak, prašno barvanje)
- Težko je uporabljati prozorne materiale
Občutljivost okolja
- Zračni tokovi vplivajo na žarek
- Prah, oljna meglica razpršijo svetlobo
- Vibracije same LDV vplivajo na meritev
- Temperaturni gradienti povzročajo gibanje žarka
Aplikacije
Merjenje vrtečih se komponent
- Vibracije lopatic v turbinah, ventilatorjih, kompresorjih
- Frekvenca in odklon posameznih lopatic
- Torzijske vibracije gredi
- Vibracije zob zobnika
Testiranje lahkih konstrukcij
- Elektronske plošče, MEMS naprave
- Tanke plošče in membrane
- Kjer bi masa senzorja vplivala na rezultate
Modalna analiza
- Meritve oblike obratovalnega odklona (ODS)
- Določanje oblike načina
- Hitre prostorske meritve (na stotine točk)
- Animirani prikazi strukturnega gibanja
Posebna okolja
- Visoka temperatura (iz razdalje)
- Vakuumske komore (skozi okna)
- Čisti prostori (brez kontaminacije zaradi senzorjev)
- Nevarna območja (merjenje z varne razdalje)
Vrste laserskih vibrometrov
Enotočkovni LDV
- Meri posamezno lokacijo naenkrat
- Ročno ali motorizirano skeniranje
- Najpogostejši in ekonomični
Skeniranje LDV
- Zrcalni sistem hitro skenira laser po površini
- Zaporedno merjenje več točk
- Avtomatizirane meritve ODS
3D LDV
- Trije laserski žarki iz različnih kotov
- Razloči vibracije na komponente X, Y in Z
- Popolna 3D karakterizacija gibanja
- Najdražji
Rotacijski LDV
- Specializirano za merjenje vrtečih se površin
- Sledi določeni točki pri vrtenju
- Merjenje torzijskih vibracij
Najboljše prakse merjenja
Nastavitev
- Toga pritrditev LDV (stojalo ali stojalo)
- Pravokotna poravnava s površino (merjenje gibanja proti/stran od LDV)
- Optimalna razdalja (običajno 0,3–5 metrov)
- Zmanjšajte motnje v okolju
Ciljna površina
- Čista, optično odsevna površina najbolje
- Retroreflektivni trak izboljša signal na težavnih površinah
- Izogibajte se zrcalnemu (zrcalnemu) odboju
- Po potrebi lahek površinski premaz
Primerjava s kontaktnimi senzorji
| Funkcija | Kontaktni senzorji | Laserska vibrometrija |
|---|---|---|
| Masovno nalaganje | Lahko vpliva na rezultate | Nič (brezkontaktno) |
| Namestitev | Potrebna montaža | Pokaži in izmeri |
| Vrteče se površine | Težko/nemogoče | Preprosto |
| Stroški | Nizka ($100–5000) | Visoka ($20k–200k+) |
| Rutinsko spremljanje | Idealno | Ni praktično |
| Raziskave/Posebno | Omejeno | Odlično |
Laserska vibrometrija ponuja edinstvene zmogljivosti brezkontaktnega merjenja vibracij, ki omogočajo meritve, ki jih s tradicionalnimi kontaktnimi senzorji ni mogoče izvesti. Čeprav stroški in kompleksnost omejujejo rutinsko uporabo, so laserski vibrometri neprecenljiva orodja za raziskave in specializirano odpravljanje težav pri analizi vrtljivih komponent, testiranju lahkih konstrukcij in hitrih prostorskih raziskavah vibracij v napredni diagnostiki strojev in aplikacijah 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 