Сравнение трех полных

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3261 (2023) Цитировать эту статью

1132 Доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Корреляция цифровых изображений, дефлектометрия и цифровая голография — это лишь некоторые из методов полномасштабных оптических измерений, которые получили развитие в последние годы. Их использование в виброакустических приложениях привлекает все больше внимания, и существует необходимость каталогизировать их характеристики, чтобы предоставить широкому сообществу пользователей и потенциальным будущим пользователям количественную и качественную оценку этих трех подходов. В данной статье представлено экспериментальное сравнение трех оптических методов в контексте измерений вибрации, а также классических эталонных измерений, выполняемых с помощью акселерометра и лазерного доплеровского виброметра. Исследование проведено на двух механических конструкциях, проявляющих различную вибрационную реакцию при воздействии удара.

Во многих областях, таких как наземный, морской или воздушный транспорт, структурные вибрации тесно связаны с механической надежностью и источниками шума. Вибрации могут создаваться различными типами возбуждений: механическими, акустическими, аэродинамическими, магнитными и т. д. Понимание вибрационных явлений обычно осуществляется посредством анализа эксплуатационных вибрационных реакций, которые в практическом контексте соответствуют вибрационному полю, возникающему в результате возбуждений. . Реакции рабочей вибрации полезны для определения путей передачи вибрации, выполнения модального анализа конструкции, идентификации источников возбуждения или прогнозирования излучаемого шума. Поэтому поле вибрации является основной входной информацией для таких приложений. В приложениях, связанных с вибрацией и структурной акустикой, интересующие длины волн вибрации обычно находятся в диапазоне от сантиметра до метра. Для измерения вибрации поверхности в полном поле обычно требуется от 6 до 10 точек на длину волны, чтобы обеспечить адекватную пространственную выборку, и поэтому может потребоваться очень большое количество точек данных на больших конструкциях. С экспериментальной точки зрения, несколько более или менее сложных подходов могут обеспечить поля вибрации.

Акселерометр, безусловно, является наиболее часто используемым датчиком для измерения вибрации в академических и промышленных кругах благодаря своей надежности, чувствительности, широкой полосе пропускания и высокому динамическому диапазону. Однако он дает только точечные измерения вибрационного поля в том месте, где он прикреплен к конструкции. Поэтому, чтобы получить набор точек данных вибрации, необходимо повторить измерение, перемещая датчик, или увеличить количество датчиков, одновременно увеличивая общую сложность установки. Кроме того, поведение конструкции можно локально изменить за счет увеличения массы акселерометра и дополнительного демпфирования прикрепленного кабеля. В большинстве случаев масса акселерометра выбирается такой, чтобы структура подвергалась достаточно небольшому возмущению. Тем не менее, акселерометры всегда навязчивы, а в случае с легкими конструкциями тем более.

Значительный прогресс в лазерной технике и приборостроении привел к развитию бесконтактных измерений с помощью лазерной доплеровской виброметрии (ЛДВ). Основной принцип заключается в доплеровском сдвиге частоты отраженного лазера из-за движения измеряемой поверхности. Таким образом, лазерный доплеровский виброметр обеспечивает измерение скорости вдоль направления луча1,2,3,4. Основной задачей лазерного виброметра является измерение вибрационного поля без какого-либо контакта и проникновения на поверхность конструкции. Кроме того, разработка сканирующего лазерного доплеровского виброметра добавляет возможность получения набора точек данных на контролируемой поверхности5,6,7,8. При этом в предыдущих работах сообщалось о сканировании 256 точек по одной линии до 80 кГц5,6, использовании голографических оптических элементов, связанных с одним КМОП-сенсором (вибрация измеряется до 100 кГц7), использовании частотного мультиплексирования (20 точек с \(5 \time 4\) пучками8), либо использованием трёх акустооптических устройств и одного высокоскоростного фотоприемника (\(5 \times 4\) лучей с частотой 500 Мвыборок/с9). Хотя эти подходы дают набор независимых измерений в нескольких точках поверхности, количество одновременных измерений остается ограниченным. Чтобы получить вибрационный отклик во многих точках, лазерная допплеровская виброметрия требует повторения измерений и, следовательно, использования контролируемых и повторяемых источников возбуждения. В последние годы появились различные разработки, такие как трехмерное расширение сканирующего лазерного доплеровского виброметра для измерения всех трех компонентов вибрационного поля с возможным соединением с роботизированной рукой10. Такие инструменты очень эффективны для анализа вибрации сложных конструкций, но они дорогостоящие.