了解激光测振法
激光测振法 是一种用于测量的非接触式光学技术。 振动 速度 和 位移 激光多普勒测振仪（LDV）测量的原理是利用运动表面反射的激光的多普勒频移。测量时，仪器将光束对准目标；当表面移动时，反射光的频率会与表面速度成精确比例地变化。仪器通过干涉测量法检测该频率偏移，并将其转换为速度信号——所有这一切都无需接触物体、无需增加物体质量，也无需对物体表面进行光学可及性以外的其他处理。
这种免于接触的自由，使得一些用安装式传感器难以完成、甚至根本无法完成的测量成为可能。 加速度计LDV：旋转部件、轻到传感器自身质量会扭曲结果的结构、深埋在机器内部的点、热表面，以及在一个大面板上扫描数百个点的快速测量。LDV 是一种昂贵的仪器，但对于先进的 模态分析 以及专门的故障排查而言，它们是无与伦比的。
1. 工作原理
这种方法依靠的是光学多普勒效应——即接近的警笛音调升高时的相同频移，应用于光并通过干涉进行测量。
激光多普勒链
- 激光发射： 相干光束，通常来自波长为633 nm（可见红光）的氦氖激光器。
- 光束分裂： 光束被分为瞄准目标的测量光束和内部参考光束。
- 反射： 测量光束从振动表面反射回来。
- 多普勒频移 反射光的频率会因瞬时表面速度而发生偏移。
- 干涉： 返回的光束与参考光束重新合并。
- 检测： 该干涉产生的拍频等于多普勒频移。
- 解调： 多普勒频率被解码为与表面运动成比例的速度。
测量内容
- 主要输出——速度， 直接从多普勒频移中获得。
- 位移， 由 积分 速度。
- 加速度， 由 区分 速度 - 转换为 加速度 是一个常规的后期处理步骤。
- 频率范围： 根据型号不同，频率范围从直流到约1.5 MHz，远超大多数接触式传感器的范围。
- 振幅范围 从纳米到毫米，动态范围极广。
2.优势
所有优点都源于一个事实——没有任何东西接触工件。
- 真正的非接触式 无质量负荷，是轻型结构的理想选择，能够测量叶片和轴等旋转表面，且无需安装时间或粘合剂。
- 可访问性： 它能到达接触式传感器无法到达的地方——可从数米之外、隔着窗户或光学窗口进行测量，也可测量热表面、真空室或危险区域。
- 空间分辨率： 扫描系统能快速扫描表面，在几分钟内捕捉数百个点，这使得 运行挠度形状 和充分 模态振型 易于获取；三维系统则将其扩展到全空间运动。
- 带宽宽： 从真正的直流响应（真实位移）到兆赫兹频率，全部由一台仪器实现。
3.局限性
这些能力伴随着实际的限制，使LDV始终是一种专业工具，而非日常工具。
- 成本高： 这些系统的价格从大约$20,000到远超$200,000不等，因此不适用于日常监测，只适用于研究和高价值问题。
- 需要视线： 必须要有通向目标的畅通无阻的光路；障碍物和全封闭设备会使该方法失效。
- 表面要求： 目标必须能有效反射激光。镜面光亮的表面可能使探测器接收信号不足，此时可能需要 反光胶带 或轻质粉末涂层，而透明材料则难以测量。
- 环境敏感性： 气流、灰尘和油雾会使光束散射，温度梯度会使光束偏移，而 LDV 本身的任何振动都会破坏读数，因此必须采用坚固、隔离的安装方式。
4. 应用
激光测振仪可集中解决接触式传感器无法解决的问题。
- 旋转部件： 涡轮机、风机和压缩机的叶片振动；单个叶片的频率和偏转； 扭转振动 以及齿轮齿振动。它是专用旋转叶片技术的补充，例如 叶尖定时.
- 轻型结构： 电子板和微机电系统（MEMS）设备、薄板和薄膜 - 安装传感器的任何地方 质量 会改变被测量的运动本身。
- 模态分析 工作挠度振型和模态振型的确定、数百个测点的快速空间测量，以及结构实际变形情况的动画显示。
- 特殊环境： 从安全距离测量高温表面、真空室和无尘室（无传感器污染）以及远程勘测危险区域。
5.激光测振仪的类型
从单点固定式到完整的三维系统，该系列产品在性能与成本之间进行了权衡。
- 单点 LDV： 一次测量一个位置，手动或电机扫描；这是最常见、最经济的类型。
- 扫描 LDV： 可转向镜将光束扫过表面，依次测量多个点，实现自动化 ODS 测量。
- 3D LDV： 三束不同角度的光束将运动分解为 X、Y 和 Z 三个分量，以进行完整的三维表征——这也是最昂贵的选择。
- 旋转式 LDV： 专门用于跟踪旋转表面上的一个点，专注于扭转振动测量。
6. 测量最佳实践
可靠的 LDV 数据既取决于设置，也取决于仪器。
设置： 将 LDV 牢固安装在三脚架或支架上，使其垂直于表面，以便直接感应朝向或远离表面的运动，在最佳距离（通常为 0.3–5 米）内工作，并尽量减少光束路径周围的气流、雾气和杂散振动。
目标表面： 干净的漫反射表面能提供最佳信号；反向反射胶带能挽救难以测量或较暗的目标；应避免镜面反射，因为它会使回波偏离轴线；在反射率不足的地方，轻薄的表面涂层会有所帮助。
7.与接触式传感器的比较
与传统传感器相比，LDV 的优势领域显而易见：它的长处正是接触式传感器的短处，反之亦然。
| 特征 | 接触式传感器 | 激光测振法 |
|---|---|---|
| 质量装载 | 可能会影响结果 | 零（非接触式） |
| 安装 | 需要安装 | 点和测量 |
| 旋转表面 | 困难或不可能 | 直截了当 |
| 成本 | 低 ($100-5,000) | 高 ($20k-200k+) |
| 常规监测 | 理想的 | 不切实际 |
| 研究/特别 | 有限的 | 优秀 |
对于日常的现场平衡和状态监测而言，接触式传感器在成本、坚固性和便利性方面仍然更胜一筹。便携式双通道分析仪，如 Balanset-1A 使用坚固耐用、成本低廉、灵敏度已知的加速度计测量振动， 敏感度 并从一个 光学转速计 读取一条反射带的读数——这比在实际运行的设备中对准干涉光束更实用，因为它能让转子在自身轴承中进行平衡。因此，激光测振仪和接触式仪器是相辅相成的：LDV 用于研究工作台和真正难以接近的测量，接触式分析仪用于生产车间。
激光测振仪具有独特的非接触式测量能力，能够测量传统传感器根本无法测量的振动。成本和复杂性使其只能用于研究和专业故障排除，但对于旋转部件分析、轻质结构测试和快速空间测量而言，它仍然是先进机械诊断和结构动力学领域不可或缺的宝贵工具。
