Förstå laservibrometri
Definition: Vad är laservibrometri?
Laservibrometri är en beröringsfri optisk teknik för att mäta vibration hastighet och förflyttning med hjälp av Doppler-skiftet av laserljus som reflekteras från vibrerande ytor. En laserdopplervibrometer (LDV) riktar en laserstråle mot mätpunkten, och när ytan rör sig förändras det reflekterade ljusets frekvens proportionellt mot ytans hastighet. Genom att detektera denna frekvensförskjutning interferometriskt mäter LDV vibrationer utan någon fysisk kontakt, massbelastning eller ytbehandling utöver optisk åtkomst.
Laservibrometri möjliggör mätningar som är omöjliga eller opraktiska med kontaktsensorer: roterande komponenter, lätta strukturer (där sensormassan påverkar resultaten), oåtkomliga platser, heta ytor och snabba rumsliga undersökningar över stora områden. Även om de är dyra är laservibrometrar ovärderliga forsknings- och felsökningsverktyg för avancerade modalanalys och specialiserade applikationer.
Funktionsprincip
Laserdopplereffekt
- Laseremission: Koherent laserstråle (vanligtvis He-Ne röd laser, 633 nm)
- Stråldelning: Uppdelad i mätstråle (till målet) och referensstråle
- Reflexion: Mätstrålen reflekteras från vibrerande yta
- Dopplerförskjutning: Reflekterad ljusfrekvens förskjuten med ythastighet
- Interferens: Reflekterad stråle rekombinerad med referensstråle
- Upptäckt: Slagfrekvens från interferens = Dopplerförskjutning
- Demodulering: Dopplerfrekvens proportionell mot ythastighet
Uppmätta parametrar
- Primär: Hastighet (direkt från Dopplerförskjutning)
- Integration: Förskjutning (integrerad hastighet)
- Differentiering: Acceleration (differentierad hastighet)
- Frekvensområde: DC till 1,5 MHz (beroende på modell)
- Amplitudområde: nm till mm (extremt brett dynamiskt omfång)
Fördelar
Kontaktlös
- Inga effekter på sensormassabelastning
- Idealisk för lätta konstruktioner
- Mäter roterande ytor (blad, axlar)
- Ingen installationstid eller lim
Tillgänglighet
- Mäter punkter som är oåtkomliga för kontaktsensorer
- Fjärrmätning (meter bort)
- Heta ytor, vakuumkammare, farliga områden
- Genom fönster eller optiska portar
Spatial upplösning
- Skanna snabbt över ytor
- Hundratals mätpunkter på några minuter
- Lätt att fånga upp deformationsformer vid drift
- 3D-vibrometrisystem tillgängliga
Bred bandbredd
- DC-respons (sann förskjutning)
- Till mycket höga frekvenser (MHz möjligt)
- Ett enda instrument täcker hela intervallet
Begränsningar
Hög kostnad
- LDV-system: $20 000–200 000+
- Inte kostnadseffektivt för rutinmässig övervakning
- Lämplig för specialiserade tillämpningar och forskning
Siktlinje krävs
- Måste ha optisk väg till mätpunkten
- Hinder förhindrar mätning
- Problematisk med sluten utrustning
Ytkrav
- Målet måste reflektera laserljus
- Blanka ytor kan kräva behandling (reflextejp, pulverlackering)
- Transparenta material svåra
Miljökänslighet
- Luftströmmar påverkar strålen
- Damm, oljedimma sprider ljus
- Vibrationer i själva LDV påverkar mätningen
- Temperaturgradienter orsakar strålvandring
Applikationer
Mätning av roterande komponenter
- Bladvibrationer i turbiner, fläktar, kompressorer
- Individuell bladfrekvens och avböjning
- Torsionsvibrationer hos axlar
- Vibrationer i kugghjulet
Testning av lättviktsstruktur
- Elektronikkort, MEMS-enheter
- Tunna paneler och membran
- Där sensormassan skulle påverka resultaten
Modalanalys
- Mätningar av driftsavböjningsform (ODS)
- Bestämning av lägesform
- Snabba rumsliga undersökningar (hundratals punkter)
- Animerade visningar av strukturell rörelse
Speciella miljöer
- Hög temperatur (på avstånd)
- Vakuumkammare (genom fönster)
- Rena rum (ingen kontaminering från sensorer)
- Farliga områden (mätning från säkert avstånd)
Typer av laservibrometrar
Enpunkts LDV
- Mäter en enda plats åt gången
- Manuell eller motoriserad skanning
- Vanligast och mest ekonomiska
Skannar LDV
- Spegelsystemet skannar snabbt laser över ytan
- Sekventiell mätning av många punkter
- Automatiserade ODS-mätningar
3D LDV
- Tre laserstrålar från olika vinklar
- Upplöser vibrationer i X-, Y- och Z-komponenter
- Komplett 3D-rörelsekarakterisering
- Dyraste
Roterande LDV
- Specialiserad för mätning av roterande ytor
- Spårar specifik punkt vid rotation
- Mätning av torsionsvibrationer
Bästa praxis för mätning
Installation
- Stabil montering av LDV (stativ eller stativ)
- Vinkelrätt justering mot ytan (mät rörelse mot/bort från LDV)
- Optimalt avstånd (vanligtvis 0,3–5 meter)
- Minimera miljöstörningar
Målyta
- Ren, optiskt reflekterande yta bäst
- Retroreflekterande tejp förbättrar signalen för svåra ytor
- Undvik spekulär (spegelliknande) reflektion
- Lätt ytbehandling vid behov
Jämförelse med kontaktsensorer
| Särdrag | Kontaktsensorer | Laservibrometri |
|---|---|---|
| Massbelastning | Kan påverka resultaten | Noll (kontaktlös) |
| Installation | Montering krävs | Peka och mät |
| Roterande ytor | Svårt/omöjligt | Enkel |
| Kosta | Låg ($100-5000) | Hög ($20k-200k+) |
| Rutinmässig övervakning | Idealisk | Inte praktiskt |
| Forskning/Special | Begränsad | Excellent |
Laservibrometri erbjuder unika beröringsfria vibrationsmätningsfunktioner som gör mätningar omöjliga med traditionella kontaktsensorer. Även om kostnad och komplexitet begränsar rutinmässig användning, är laservibrometrar ovärderliga forsknings- och specialiserade felsökningsverktyg för analys av roterande komponenter, testning av lättviktsstrukturer och snabba rumsliga vibrationsundersökningar i avancerad maskindiagnostik och strukturdynamikapplikationer.
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 