Ölçüm Prensibi
Lazer Kaynağı
Sinyal İşleme
Lazer Dopler Vibrometrenin Çalışma Prensibi
Dopler Etkisi, İnterferometri ve Demodülasyon
Lazer Işınından Titreşim Parametrelerine
Bir Vibrometrenin Tipik Lazer Işını Kaynakları
Helyum-Neon veya Kızılötesi Lazer – Farklılıklar ve Kapsam
Ölçüm Verilerinin Dijital Olarak İşlenmesi
Ham Verilerden Fiziksel Titreşim Bilgilerine
Ölçüm Prensibi-Lazer Vibrometre
Hareket eden bir nesneden yansıyan ışık, nesnenin hızıyla orantılı olarak frekansta bir değişikliğe maruz kalır (Dopler etkisi). Bu frekans kaymasının bir interferometre ile ölçülmesi, nesnenin titreşim hareketinin kesin olarak belirlenmesini sağlar.
Dopler Etkisi
Bir kaynaktan yayılan dalgalar yaklaştıkça (veya uzaklaştıkça), birbirini takip eden dalga tepeleri dedektöre yayıldıklarından daha küçük (veya daha büyük) zaman aralıklarında ulaşır. Frekansta bir kayma olarak gözlemlenen bu olgu Dopler etkisi olarak bilinir. Buna akustik açıdan verilebilecek bir örnek, bir yayanın yanından geçen ambulans sireninin ton perdesindeki belirgin değişimdir. Dalga boyu λc olan bir lazerin ölçülen frekans kayması Δfc, pratik titreşim uygulamaları için yüksek doğrulukta v hızıyla orantılıdır,
Δfc = 2 v/λc
Vibrometre
Tespit edilen frekans kayması, lazer ışığının yansıtıldığı yüzeyin v(t) hızının yanı sıra d(t) yer değiştirmesini ve a(t) ivmesini elde etmek için kullanılır. Frekansı f ve yer değiştirmesi d(t) = D sin (2π f t) olan harmonik bir titreşim durumunda, yer değiştirme, hız ve ivme genlikleri aşağıdakilerle ilişkilidir.
A = 2π f V = 4π² f² D
Heterodin Okuması
Yoğunluktaki değişim, nesnenin vibrometreye (titreşim ölçere) yaklaşması veya uzaklaşmasından bağımsızdır. Bu belirsizlik heterodizasyon ile ortadan kaldırılır. Referans ışının frekansı sabit bir fb miktarı kadar kaydırıldığında, hareket etmeyen bir prob için her iki ışının girişimi, fb frekanslı bir harmonik yoğunluk değişimiyle sonuçlanır. Bu taşıyıcı sinyal ∝ cos (2 π fb) ölçüm nesnesindeki hareket tarafından modüle edilir. Hareket yönüne bağlı olarak yoğunluğun frekansı daha büyük veya daha küçük frekanslara doğru kayar.
Demodülasyon
Ölçülen nesnenin hareketine ilişkin bilgi, yoğunluklardan demodülasyon yoluyla elde edilir. Dijital bir sinyale dönüştürüldükten sonra, bir sinyal işlemcisi ölçüm nesnesinin yer değiştirmesini, hızını ve ivmesini gerçek zamanlı olarak belirler. Demodülasyon (genellikle kod çözme olarak da adlandırılır) yer değiştirme, hız veya ivme için yapılır.
Lazer Kaynağı-Helyum-Neon ve Kızılötesi
Lazer kaynağı, lazer Dopler vibrometrenin performansını ve göz sağlığını etkileyen kritik bir faktördür. Geleneksel helyum-neon (HeNe) lazer tabanlı vibrometrelere ek olarak Optomet, kısa dalga boylu kızılötesi (SWIR) lazer tabanlı vibrometrelere öncülük etmiş ve bu cihazları piyasaya sunmuştur.
Helyum-Neon Lazer
HeNe lazer kaynağı 632nm dalga boyunda çalışır. Kırmızı renkte olan ölçüm ışını çıplak gözle görülebilir ve hedefleme lazerine ihtiyaç duyulmadan konumlandırılabilir. Görece kısa dalga boyu sayesinde lazer ışını çok küçük bir nokta çapına odaklanabilir. Bu da HeNe lazer vibrometreyi mikro yapıların ölçümü için son derece uygun hale getirir. Emilimin ihmal edilebilir düzeyde olması nedeniyle HeNe lazer su içinden de ölçüm yapabilir.
HeNe lazerin çıkış gücü, göz sağlığı açısından 1 mW ile sınırlıdır. Bu nedenle HeNe tabanlı vibrometreler, ölçüm nesnesinden yeterli sinyal geri saçıldığında yüksek yansıtıcı yüzeylerde düzenli olarak kullanılmaktadır.
HeNe lazerin boylamsal bir moddan daha fazlası vardır: birbirine yakın frekanslara sahip dalga dizileri, vuru frekansları oluşturmak için üst üste biner ve sonuç olarak ölçüm ışınının yoğunluğu ve dolayısıyla sinyal kalitesi çalışma mesafesine bağlıdır.
Kızılötesi Vibrometre
Optomet, zayıf yansıtıcı yüzeylerde veya uzaktaki nesnelerde en iyi sinyal ve veri kalitesi için SWIR (Kısa Dalga Boylu Kızılötesi) lazer vibrometreyi geliştirmiştir. Gözle görülmeyen ölçüm ışını, koaksiyel bir yeşil hedefleme lazeri kullanılarak konumlandırılır.
Dalga boyu 1.550 nm ve 10 mW’a kadar lazer gücü ile HeNe lazere kıyasla on kat daha fazla çıkış gücü elde edilirken, en yüksek göz güvenliği sınıfına (Sınıf 1) sahiptir. Fotodedektörlerin üç kat daha yüksek verimliliği ile kızılötesi vibrometre, tek bir boylamsal lazer modu sayesinde ölçüm mesafesinden etkilenmeksizin neredeyse tüm titreşim ölçüm görevleri için yeterli sinyal kalitesi koşullarını yaratır. Yüksek sıcaklık kararlılığı ve uzun çalışma ömrü ilave katma değer sağlar.
Optomet SWIR Lazer vibrometre kullanılırken karanlık, pürüzlü veya düşük yansıtıcılığa sahip yüzeylerde bile ölçüm yüzeyinin işlenmesine gerek yoktur. Uzun mesafelerde, parlayan yüzeylerde ve hatta biyolojik doku üzerinde yapılan ölçümler, Optomet SWIR titreşim ölçüm teknolojisinin gerçekten öne çıktığı zorlu uygulama türleridir.
Sinyal İşleme-Dijital ve Verimli
Dijital kod çözücüler, ölçülen yoğunluk eğrisini neredeyse gerçek zamanlı olarak yer değiştirme, hız ve ivme gibi ilgili fiziksel ölçüm büyüklüklerine dönüştürür.
Dijital Sinyal İşleme
Optomet, vibrometrelerimizin performansını ve veri kalitesini artırmak için her zaman dijital sinyal işlemeye güvenmiştir. Analog demodülasyonun kullanım süresi, sıcaklık bağımlılığı, gürültü ve doğrusal olmama gibi dezavantajlarından, özellikle hassas ölçüm teknolojisinde kaçınılmalıdır. Dijital sinyal işlemenin kullanılması, önemli ölçüde daha yüksek hassasiyet, daha iyi çözünürlük ve daha yüksek kararlılık anlamına gelir; bu da daha yüksek veri kalitesi ve ölçüm kesinliği anlamına gelir. Çok düşük gürültü seviyesi ile birlikte, çok zayıf sinyallerde bile doğru ölçümler mümkündür.
Optomet UltraDSP Teknolojisi
Optomet UltraDSP teknolojisi, verimli algoritmaların güçlü ve enerji tasarruflu FPGA’larla kombinasyonuna dayanır. Sensör verileri vibrometrede neredeyse hiç gecikme olmadan işlenir ve Özel Sonlu Darbe Yanıtı (FIR) filtreleri en zor ölçüm koşullarında bile güvenilir ve doğru ölçüm değerleri sağlar.
Ölçüm Verileri
Optomet, saniyede 160 milyon örneğe kadar örnekleme hızına sahip ethernet tabanlı ilk dijital vibrometreyi geliştirmiştir. Bu dijital yer değiştirme, hız ve 32 bite kadar ivme akışı, kullanıcılara kaliteden ödün vermeden mümkün olan en yüksek veri kalitesini ürettiklerine dair güvence verir. Her kanal için standart BNC konektörleri ile Optomet vibrometreler herhangi bir analog veri toplama ortamına entegre edilebilmektedir.
Vektor Lazer Dopler Vibrometre
Nova Lazer Dopler Vibrometre
Fiber Lazer Dopler Vibrometre
Taracıyı Lazer Dopler Vibrometre