לייזר דופלר ויבראומטריה (LDV) הוא טכניקת מדידה אופטית מתוחכמת המשמשת לנתח בדיוק מקורות רטט ואקוסטיים.טבע לא-מגע שלה הופך אותו אידיאלי ללימוד אובייקטים עדינים או בלתי נגישים, מתן נתונים ברזולוציה גבוהה חיוני למחקר ויישומים תעשייתיים.על ידי ניצול משמרת דופלר של אור לייזר, LDV ללכוד מהירות רטט ועקירה עם רגישות בקנה מידה רחב על פני טווח רחב זה, ומציעה של יישומים, תכונות, כגון, תכונות מדויקות, ומפורטות, כגון, תכונות, ומפורטות, כגון, תכונות, מחקר, מודלים של חומרים, ומודלים, תכונות, ומפורטות, וטכניקות, ומפורטות, המציעות, תכונות של חומרים מדויקים, תכונות של חומרים מדויקים, ומפורטות, ומפורטות, ובדיקה של חומרים, ובדיקה של חומרים, כגון:

עקרונות לייזר Doppler Vibrometry

LDV פועל על העיקרון הבסיסי של אינטרפרומטריה אופטית בשילוב עם אפקט דופלר. a coherent לייזר beam מחולק אל a ההתייחסות beam ו a מדידת beam המדידה מתמקד על פני השטח מבחן רוטט; כאשר פני השטח נע, האור משתקף חווה שינוי תדירות ביחס למהירות המיידית של הרטט.

אות photodetector מכיל תדר המוביל (בדרך כלל בטווח מגה-הרץ) המוצב על ידי שינוי Doppler. Frequency Demodulation תמצית גלפורציה זמן מהיר.מתמטיקה, משמרת דופלר ⁇ f ניתנת על ידי ⁇ f = 2v / λ, שבו v הוא רכיב של מהירות פני השטח לאורך ציר beam ו λ הוא גל לייזר טיפוסי של 2K.

מערכות LDV מודרניות להשתמש בזיהוי הטרודין כדי לשפר את יחס האות-ל-אין-עין. A Bragg משנה את תדירות ה-Beam ההתייחסות, יצירת נושא אופטי.ה פלט photodetector הוא אות בעל תדירות-מודולת המתמקדת בשינוי Bragg.דמורציה עם לולאה עם שלב-מסלול או שינוי מהיר יותר (FFT) מספקת מהירות בזמן אמת ופתרון נתונים עקירה יכול להגיע לדרג גבוה, אשר הופך ל-מטר רוחב פס גבוה.

המונחים: a LDV system

מקור לייזר

רוב מערכות LDV המסחריות משתמשות בלייזר קבוע גלי הליום-נון (אדום, 633 nm) או לייזר מוצק-מפופס (למשל, 532 nm) הבחירה תלויה אורך קוהרנטיות, כוח, ועלות. HeNe לייזרים מציעים איכותam מעולה והיקף קוהרנטיות עד כמה מטרים, מתאים למרחקים של 0.1-10 מ'.

המונחים:

ה-Interferometer הוא הליבה האופטית.עיצובים משותפים כוללים את מדחום מישלסון (למדידה בסיסית) ואת מדחום מאך-Zehnder (עבור סריקת מערכות) את ההפרעה חייב לשמור על יציבות כדי להימנע מסחף.

Photodetector ו- Demodulator

photodiode במהירות גבוהה ממיר את האות האופטי לזרם חשמלי.הדמוגרף (analog או דיגיטלי) מפיץ את אות המהירות. הדגמה דיגיטלית באמצעות FPGAs מאפשר עיבוד בזמן אמת עם דיוק גבוה. חלק מהמערכות כוללות מקודש עקירה המשלב את האות.

מראה סורק

עבור Scanning LDV (SLDV), שתי מראות גלונאום אורטוקונים ישירות את קרן לייזר על פני השטח. יחידת בקרה מסנכרנת עמדות מראות עם רכישת נתונים, המאפשרת מפות רטט מרחבית נפתרה.רזולוציה ספטלית תלויה בגודל של אבן לייזר (בדרך כלל 10-50 מיקרומטר) וסורק את גודלו.

רכישת נתונים ותוכנות

מערכות LDV מודרניות כוללות לוחות רכישה של נתונים רב ערוצים (24 סיביות, עד 100 MS /s) ותוכנה ייעודית עבור FFT, ניתוח מודולי, וכושר השתקפות תפעולית (ODS) מערכות מתקדמות יכולות לרכוש מאות נקודות מדידה דקות.

סוגים של LDV Systems

LDV

הסוג הבסיסי ביותר של רטט בנקודה קבועה אחת.זה משמש לתגובה transient, פונקציות תגובה תדירות (FRFs), ובדיקת עכבות. LDV של צד יחיד הוא עבודת הכפייה עבור ביטוי חזק יותר ואופינסטור קול.

LDV (SLDV)

SLDV אוטומטי משנה את רמת הרטט על רשת מוגדרת למשתמש.מחשב שולט בזווית מראה ולכידת נתונים. SLDV מייצרת מפות רטט שדה מלאה (אמפליטו, שלב, מהירות) המשמש לניתוח מודוללי, ניטור בריאות מבני, ואת מיקום המקור האקוסיבי. סורק פעמים משתנות מ דקות עד שעות בהתאם לרזולוציה ולמדפר רוחב פס.

3D LDV

שלושה מיתרי לייזר עצמאיים מודדים רטט משלושה כיוונים שונים.שלושת רכיבי המהירות משולבים כדי לשחזר את וקטור התנועה 3D מלא. 3D LDV הוא חיוני לניתוח מבנים מורכבים עם תנועה מחוץ למטוס ומטוס, כגון להבים טורבינות, רמקולים חזקים ומיקרו-מודולטורים.

LDV

מודד את המהירות היחסית בין שתי נקודות על פני השטח (למשל, על פני סדק או hinge) שני דבורים מתמקדות כתמים סמוכים; ההבדל דופלר מניב ישירות קצב זנים או תנועה שונה.

Multi-Beam LDV

מערכות עם מספר רב של דבורים מקבילים (למשל, 2×2 או 4 ×4 ⁇ ) ללכוד נקודות בו זמנית. Multi-beam LDV מגביר את מהירות המדידה עבור סקרים גדולים באזור, אם כי לכל ערוץ יש מדחום משלו וגלא גלאי, עלייה בעלויות.

יישומים של LDV במדידות אקוסטיות ו Vibration

מערכות מיקרואלקטרוניקה (MEMS)

מכשירי MEMS (accelerometers,gyroscopes, micro-mirrors) פועלים במימדים של מיקרונים למילימטרים. חיישני מגע יוסיפו דינמיקה המונית ולשנות. LDV מספק לא מגע, גבוה פסוויד (עד 20 MHz) מדידה של תדרים חוזרים, גורמי איכות, וצורות.

מעקב אחר בריאות

LDV מזהה נזקים מוקדמים בתחום התעופה, האזרחי והמבנים המכניים. לסרוק מעל גשרים, עורי מטוסים, או להבים טורבינות רוח מגלים שינויים בפרמטרים מודולאליים (תדירות טבעית, לחות) מעיד על סדקים או רתיעה.לדוגמה, SLDV יכול לזהות סדקים עייפות בלוחות מתפתל מטוסים, באמצעות טלסקופים כדי להתמקד במגרש מגע עם מדמונים של LDV לא יכול לזהות עיגולים מרחביים.

תגית: Microphone Testing

לודדר cone ו דום רטט משפיע ישירות על קרינה קול. LDV מודד תגובה אימפולס, מצבי פרידה, ועיוות בנקודות מרובות על פני הקונטקסט.בניגוד לטריאנגול לייזר, LDV מספק גם amplitude ו- בשלב מידע על פני הלהקה אודיו (20 הרץ-20 kHz) מיקרופונימה - בין אם זהה, דינמי, או MS - נבדק עם רגישות, כלומר, שימוש בתדירות של טיפול אחידה, הוא גם כן, שימוש בתדירות של מיקרופון איכות.

מחקר ביו-רפואי

LDV מודד את הרטטים של האוזן (החומרה המפוכחת) ואת הווסתיקים, מתן תובנות מכניקת שמיעה.טבע הלא-מגע נמנע לטעון את המבנים השבריריים.יישומים ביו-רפואיים אחרים כוללים רטט עור עבור הערכת נוקשות העור, מהירות הדופק האמנותית, ומדידה של יציבות שיניים.

רכב ואוויר

מהנדסי NVH (ללא רעש, רטט, קשיחות) משתמשים ב-SLDV כדי למפות את הרטטים של פאנל הגוף, squeal בלמים ו- מנוע חוסם חזרות. in aerospace, LDV מודד רטט בלהבות טורבינות בתוך מנוע במהלך מבחן ספין, באמצעות חלון כדי להציג דרך הטמפרטורות גבוהות ומהירויות.

מקור אקוסטי Identification

LDV יכול למדוד את מהירות הרטט של משטח מוצק כי קורנל סאונד.מהירות פני השטח נמדדת משמש קלט שיטות אלמנט הגבול (BEM) או מודלים מקור שווה ערך כדי לחזות לחץ צליל רחוק שדה. גישה היברידית זו מחלחלת מיקרופון טהור למקורות נמוכים סיבולת ולהפרדה בין מקורות התחנה ומקורות נעים.

כלי נגינה

מעמודי כינור ועד ראשי גיטרה, LDV מגלה צורות מצב ולחות הקובעים איכות מלאה. יצרני כינור משתמשים SLDV כדי להשוות מכשירים ואופטימיזציה של רטטים קוליים לפסנתר בתדרים נמוכים ממפותחים כדי להבין צבע כללי. LDV של LDV של פתרון מרחבי חיוני עבור גיאוגרפיה מורכבת.

יתרונות על שיטות מדידה מסורתיות

חיישנים מגע מסורתיים (accelerometers, מד מתח, חומרי כוח טרנספורמטיביים) דורשים החזקה באמצעות adhesive או גרף עלה.מסה משנה את הדינמיקה של מבנים קלים (למשל, MEMS, רמקול diaphragms) LDV מבטל טעינה המונית לחלוטין. Nowires או כבלים אין נוקשות נוספת או לחות יתר על כן, יש מגע מוגבל חיישנים טמפרטורות עיגולים.

טווח תדירות הוא גם מעולה.מדמים טיפוסיים מתגלגל מעל 10 kHz, בעוד LDV שומרת תגובה שטוחה 20 MHz או גבוה יותר (מערכות מיוחדות) עבור יישומים אקוסטיים, LDV יכול למדוד מהירויות מ sub-nm /s עד 10 מ"מ / s, המשתרע על פני שישה הזמנות של גודל.

לבסוף, LDV הוא ייחודי לאורך גל לייזר.מגע accelerometers דורש כיור תקופתי נגד תקן ראשוני. LDV של העקביות להגדרה מטר מספק דיוק של ±1% בעלות נמוכה.

אתגרים ומייגים

רגישות לסביבה

מדרומי LDV רגישים לתנודות של הראש האופטי ואת מבנה הבדיקה ביחס זה.נמוך- ⁇ רטטים בניין (< 100 הרץ) יכול לסווג מדידות. Mitigations כוללים שולחנות בידוד פסיביים רטט, בידוד פעיל באמצעות משוב למראה ההתייחסות, ואת ההתייחסות-פת פיצוי עם מדחום שני.במדת שדה, טיולים כבדים עם ארגזים וגנים עוזרים.

Surface End and Reflectivity

השתקפות ספציפית (כמו mirror-like) גורמת טיפות אות כמו הטיות פני השטח. Diffuse משטחים (רוב חומרי הנדסה) לעבוד טוב, אבל משטחים אפלים או שקופה דורשים קלטת רטרוreflective או צבע. גיליון רטרוreflective יכול להיות מיושם על משטחים לא מוכנים.

המונחים: noise

כאשר מודדים על משטח גס, קרן לייזר משקף מתפזרים אקראיים מרובים, יצירת דפוס ספירה המאמת את אות photodetector. . Speckle רעש מתגלה כמו amplitude ותנודות שלב, degrading משקולות נמוכות ⁇ Solutions כולל שימוש בלייזר גל ארוך יותר (פחות מושפע מחוספס), מדידות מרובות, או יישום אלגוריתמים speckle מעקב כי לעקוב אחר דפוס ספירה רגילה של ספירה.

דרישות קו-של-השביע

LDV זקוק לדרך אופטית לא מכוונת.עבור חללים פנימיים או משטחים נסתרים, מראות או בדיקות סיבים אופטיים יכולים לכוון את הדבורה. חלק מהמערכות משתמשות בראש בדיקה זעירה המחוברת על ידי כבל סיבים אופטיים (Sam-coupled LDV), עם זאת, הוספת הפסדים ודימום באיכות גבוהה עם אורך סיבים.

עלויות ומורכבות

מערכות LDV עולות מ-20,000 דולר עבור נקודת יחיד בסיסית ל-200,000 דולר+ עבור סריקת מערכות 3D. המורכבות דורשת מפעילי הכשרה.למרות זאת, העלות של נקודת מדידה היא לעתים קרובות נמוכה יותר מאשר עם חיישני מגע כאשר יש צורך בנקודות רבות.ספקי שירות השכרה ומדידה מציעים LDV כשירות עבור משתמשים מזדמנים.

כיוונים עתידיים

מינימום ואינטגרציה

מערכות מיקרו-אופטיות-אלקטרוניקה (MOEMS) מבטיחות LDV בקנה מידה שבב עם לייזרים משולבים, photodetectors ו- Demodulation אלקטרוניקה.עיגולים פוטוניים משולבים יכולים להפחית עלויות למאות דולרים, המאפשרים פריסת אצווה בקווי ייצור ורשתות ניטור מבניות.

FUVERAL FUER

שילוב LDV עם טכניקות אחרות שאינן מגע כגון thermography אינפרא אדום, מתאם תמונה דיגיטלית (DIC), ופליטה אקוסטית משפר את האופיון.לדוגמה, LDV ותרמוגרפיה על דגימת מבחן עייפות חושפים הן תגובה תרמית ומכנית. אלגוריתמי למידת מכונה ממזגים נתונים ממודולים מרובים כדי לחזות כישלון.

זמן אמת-מלא

מערכות SLDV הנוכחיות הן הכרחיות, הדורשות דקות לסרוק. מקבילות במהירות גבוהה LDV מערך (למשל, 64 דבורים) יכולות לרכוש 64 ערוצים בו זמנית. CMOS מבוסס זמן של חיישני טיסה יכול בסופו של דבר ללכוד 2D מפות רטט בנורה בודדת, אם כי עם פתרון נמוך יותר. Real-Time SLDV הוא מתפתח באמצעות גלקטיק מהיר (עד 100 נקודות) ועיבוד דיגיטלי, כלומר, אפשרות עיבוד חומרה.

עיבוד אותות AI-Enhanced Signal

מודלים של למידת מכונות יכולים להפריד אותות רטט מרעש, לזהות צורות מצב באופן אוטומטי, ואפילו לחזות נזק מבני מהנתונים חלקיים. Deep למידה על מפות רטט מ SLDV יכול לסווג פגמים במפרקים או לזהות מברגים רצופים ממושכים.שלב אלגוריתמים ללא אלגוריתמים באמצעות רשתות עצביות יכול להתמודד עם משטחים לא סדירים מאוד.

מערכות אלקטרוניקה ושדה-Deployable Systems

בדיקות LDV המופעלות על ידי סוללה מפותחות עבור מפקחים בתחום.מערכות אלה להקריב כמה פתרון וטווח אבל מציעים נוחות בשילוב עם תוכנה מבוססת טבליות, הם מאפשרים בדיקות מהירות של גשרים, צינורות, ואת להבים טורבינות רוח מבלי להביא את האובייקט למעבדה.

מדדים לא-מגע לסביבה קיצונית

LDV כבר בשימוש בתאי ואקום, פריחה עתירה גבוהה (עד 1000 מעלות C עם אופטיקה מיוחדת), וסביבות רדיואקטיביות (כורים גרעיניים) התקדמות בעתיד בסיבים אופטיים וקירור לייזר יכול להרחיב את היכולות האלה, מה שהופך LDV כלי סטנדרטי עבור ניטור רטט דלק גרעיני.

מסקנה

לייזר דופלר ויבריאומטריה הפך מדידת רטט ממשימה מבוססת מגע, נקודה-בנקודתית אל תוך שדה ללא מגע, שדה מלא, משמעת ברזולוציה גבוהה, היכולת שלה ללכוד רטטים מיקרו- וננו-סוליים מבלי לשנות את המערכת תחת בדיקה הופכת אותו הכרחי ב- MEMS, אקוסטיקה, בריאות מבנית, וביוטכנולוגיה, בעוד אתגרים נשארים ברגישות סביבתית ועלויות, החידושים המתמשכים בזיהוי ניסיוני, הן שיטות דינמיות, וביקוש יעיל יותר, ואנליטיקה, הן שיטות פעולה דינמית יותר, הן אסטרטגיות, הן אסטרטגיות, והן דינמית, הן שיטות אבטחה, והן דינמית יותר, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם דינמית יותר, כמו גם דינמית, ואפקטיביות, כמו גם דינמית, ואפקטיביות, כמו גם דינמית, כמו גם דינמיקה של שיטות פעולה דינמית, ואפקטיביות, ואפקטיביות, ואפקטיביות, כמו גם כן, ואפקטיביות, כמו גם דינמיקה של שיטות אבטחה, ואפקטים יותר, כמו גם דינמיקה של שיטות אבטחה.

שם מקור:0.10.10.10.10

  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0) - לייזר דופלר ויברמטריה פתרונות FLT 1
  • (ב) [15] ,ב"ר ואמפ (ב"ג'נדר): הקדמה לייזר דופלר ויבראומטריה (Valeral &) 1
  • (FLT:0)Sensors: A Review on Laser Doppler Vibrometer for Structural Health Monitoring (גישה פתוחה)
  • (FLT:0) יובל החברה האופטית: לייזר דופלר וולגורמיסנטרי ו- Vibrometry (פרספקטיבה היסטורית)