Hiểu về phép đo rung động bằng laser
Định nghĩa: Đo rung động bằng laser là gì?
Đo rung động bằng laser là một kỹ thuật quang học không tiếp xúc để đo lường rung động vận tốc and sự dịch chuyển Sử dụng hiệu ứng dịch chuyển Doppler của ánh sáng laser phản xạ từ các bề mặt rung động. Máy đo rung động Doppler laser (LDV) hướng chùm tia laser đến điểm đo, và khi bề mặt di chuyển, tần số của ánh sáng phản xạ sẽ dịch chuyển tỷ lệ thuận với vận tốc bề mặt. Bằng cách phát hiện sự dịch chuyển tần số này bằng phương pháp giao thoa, LDV đo độ rung mà không cần bất kỳ tiếp xúc vật lý, tải trọng khối lượng hoặc chuẩn bị bề mặt nào ngoài khả năng tiếp cận quang học.
Máy đo rung động laser cho phép thực hiện các phép đo không thể hoặc không thực tế với cảm biến tiếp xúc: các bộ phận quay, cấu trúc nhẹ (khi khối lượng cảm biến ảnh hưởng đến kết quả), vị trí khó tiếp cận, bề mặt nóng và các cuộc khảo sát không gian nhanh chóng trên diện tích lớn. Mặc dù đắt tiền, máy đo rung động laser là công cụ nghiên cứu và khắc phục sự cố vô giá cho các ứng dụng tiên tiến. phân tích mô hình và các ứng dụng chuyên biệt.
Nguyên lý hoạt động
Hiệu ứng Doppler Laser
- Phát xạ laser: Chùm tia laser đồng nhất (thường là tia laser đỏ He-Ne, 633 nm)
- Tách chùm tia: Chia thành chùm đo (đến mục tiêu) và chùm tham chiếu
- Sự phản xạ: Chùm tia đo phản xạ từ bề mặt rung
- Dịch chuyển Doppler: Tần số ánh sáng phản xạ bị dịch chuyển bởi vận tốc bề mặt
- Sự can thiệp: Chùm tia phản xạ kết hợp lại với chùm tia tham chiếu
- Phát hiện: Tần số nhịp từ nhiễu = Độ dịch chuyển Doppler
- Giải điều chế: Tần số Doppler tỷ lệ thuận với vận tốc bề mặt
Các thông số đo được
- Sơ đẳng: Vận tốc (trực tiếp từ sự dịch chuyển Doppler)
- Tích hợp: Độ dịch chuyển (tích phân vận tốc)
- Phân biệt: Gia tốc (phân biệt vận tốc)
- Dải tần số: DC đến 1,5 MHz (tùy theo mẫu)
- Phạm vi biên độ: nm đến mm (dải động cực rộng)
Thuận lợi
Không tiếp xúc
- Không có hiệu ứng tải khối lượng cảm biến
- Lý tưởng cho các cấu trúc nhẹ
- Đo bề mặt quay (cánh quạt, trục)
- Không cần thời gian lắp đặt hoặc keo dán
Khả năng tiếp cận
- Đo các điểm không thể tiếp cận bằng cảm biến tiếp xúc
- Đo từ xa (cách xa vài mét)
- Bề mặt nóng, buồng chân không, khu vực nguy hiểm
- Qua cửa sổ hoặc cổng quang
Độ phân giải không gian
- Quét nhanh chóng trên bề mặt
- Hàng trăm điểm đo trong vài phút
- Dễ dàng nắm bắt được hình dạng độ lệch vận hành
- Hệ thống đo rung động 3D có sẵn
Băng thông rộng
- Phản ứng DC (chuyển dịch thực)
- Đến tần số rất cao (có thể là MHz)
- Một nhạc cụ duy nhất trải dài toàn bộ phạm vi
Hạn chế
Chi phí cao
- Hệ thống LDV: $20.000-200.000+
- Không hiệu quả về mặt chi phí cho việc theo dõi thường xuyên
- Được chứng minh là phù hợp cho các ứng dụng và nghiên cứu chuyên biệt
Yêu cầu tầm nhìn thẳng
- Phải có đường dẫn quang đến điểm đo
- Các chướng ngại vật ngăn cản việc đo lường
- Thiết bị kín có vấn đề
Yêu cầu về bề mặt
- Mục tiêu phải phản chiếu ánh sáng laser
- Các bề mặt sáng bóng có thể cần được xử lý (băng phản quang, sơn tĩnh điện)
- Vật liệu trong suốt khó
Độ nhạy môi trường
- Dòng khí ảnh hưởng đến chùm tia
- Bụi, sương dầu phân tán ánh sáng
- Độ rung của LDV ảnh hưởng đến phép đo
- Sự chênh lệch nhiệt độ gây ra hiện tượng chùm tia lệch
Ứng dụng
Đo lường thành phần quay
- Rung động cánh quạt trong tua bin, quạt, máy nén
- Tần số và độ lệch của từng lưỡi dao
- Rung xoắn của trục
- Rung động răng bánh răng
Kiểm tra kết cấu nhẹ
- Bo mạch điện tử, thiết bị MEMS
- Tấm và màng mỏng
- Khối lượng cảm biến sẽ ảnh hưởng đến kết quả ở đâu
Phân tích mô hình
- Đo hình dạng độ lệch vận hành (ODS)
- Xác định hình dạng chế độ
- Khảo sát không gian nhanh (hàng trăm điểm)
- Hiển thị hoạt hình chuyển động của cấu trúc
Môi trường đặc biệt
- Nhiệt độ cao (nhìn từ xa)
- Buồng chân không (qua cửa sổ)
- Phòng sạch (không bị nhiễm bẩn từ cảm biến)
- Khu vực nguy hiểm (đo từ khoảng cách an toàn)
Các loại máy đo độ rung laser
LDV một điểm
- Đo từng vị trí tại một thời điểm
- Quét thủ công hoặc quét bằng động cơ
- Phổ biến nhất và kinh tế nhất
Quét LDV
- Hệ thống gương quét nhanh tia laser trên bề mặt
- Đo tuần tự nhiều điểm
- Đo ODS tự động
LDV 3D
- Ba chùm tia laser từ các góc độ khác nhau
- Giải quyết rung động thành các thành phần X, Y, Z
- Đặc tính chuyển động 3D hoàn chỉnh
- Đắt nhất
LDV quay
- Chuyên dùng để đo bề mặt quay
- Theo dõi điểm cụ thể khi quay
- Đo rung động xoắn
Thực hành đo lường tốt nhất
Cài đặt
- Lắp đặt LDV cố định (chân máy hoặc giá đỡ)
- Căn chỉnh vuông góc với bề mặt (đo chuyển động hướng về/ra xa LDV)
- Khoảng cách tối ưu (thường là 0,3-5 mét)
- Giảm thiểu sự xáo trộn môi trường
Bề mặt mục tiêu
- Bề mặt sạch sẽ, phản chiếu quang học tốt nhất
- Băng phản quang tăng cường tín hiệu cho các bề mặt khó khăn
- Tránh phản xạ dạng gương (giống như gương)
- Phủ nhẹ bề mặt nếu cần
So sánh với cảm biến tiếp xúc
| Tính năng | Cảm biến tiếp xúc | Đo rung động bằng laser |
|---|---|---|
| Tải trọng khối lượng | Có thể ảnh hưởng đến kết quả | Không (không tiếp xúc) |
| Cài đặt | Yêu cầu lắp đặt | Điểm và đo |
| Bề mặt quay | Khó/không thể | Đơn giản |
| Trị giá | Thấp ($100-5000) | Cao ($20k-200k+) |
| Giám sát thường xuyên | Lý tưởng | Không thực tế |
| Nghiên cứu/Đặc biệt | Giới hạn | Xuất sắc |
Máy đo rung động laser cung cấp khả năng đo rung động không tiếp xúc độc đáo, cho phép đo lường mà các cảm biến tiếp xúc truyền thống không thể thực hiện được. Mặc dù chi phí và độ phức tạp hạn chế việc sử dụng thường xuyên, máy đo rung động laser là công cụ nghiên cứu và xử lý sự cố chuyên dụng vô giá cho việc phân tích thành phần quay, thử nghiệm kết cấu nhẹ và khảo sát rung động không gian nhanh chóng trong các ứng dụng chẩn đoán máy móc tiên tiến và động lực học kết cấu.
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 