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测试原理

从移动物体反射回来的光频率会发生变化,该频率变化取决于物体的速度(多普勒效应)。通过干涉仪测得的频移,我们可以获得物体的振动信息。

多普勒效应

波源和观察者有相对运动时,观察者接受到波的频率与波源发出的频率并不相同,这种现象称为多普勒效应。比如救护车警报器音调的明显变化:当一辆救护车迎面驶来的时候,听到声音比原来高;而车离去的时候声音比原来低。在实际振动测试中,测试的激光波长为 λc,测得的多普勒频移 Δfc 与速度 v 成比例关系:

Δfc = 2 v/λc.

振动测量

检测被测物表面反射回来的信号可以得到频移, 从频移可推导出振动速度 v(t), 同样也可以得到振动位移 d(t) 和振动加速度 a(t)。以简谐振动为例, 频率为 f, 位移 d(t) = D sin(2πft), 则位移, 速度和加速度的幅值关系如下公式所示: 

A = 2πfV = 4 π2 f2 D.

干涉仪

变化的频率可通过 Mach-Zehnder 干涉仪转换成强度上的时间序列, 这些信号可在频域内处理。 在干涉仪内, 激光束被分成参考光束和测量光束。从探头反射的光束与参考光束干涉。光电探测器记录的光强包含了参考光束的光强 Ic, 反射光束光强 Iv 以及取决于光程差的参数 Δz。公式如下: 

 I(t) = Ic + Iv + 2(IcIv)1/2 cos(2π Δz(t)/λ).

读取外差

光强的变化与物体是否接近或远离激光测振仪无关。通过外差来消除这种模棱两可之处。参考光束的频率偏移一个固定量 fb, 振动物体的反射光与参考光的干涉导致其谐波强度也随固定频率 f变化。被测物的运动会导致该载波信号 (∝ cos(2πfb)) 出现调制。被测物运动的方向决定了光强频率是变大还是变小。

解调

被测物振动信号可通过解调光强获得。在转换成数字信号之后,信号处理器实时确定测量对象的位移和速度。解调(通常也称为解码)主要是针对速度或位移而言。


激光源

激光源

激光源的选择对激光多普勒测振仪(LDV)性能影响至关重要。在典型的工作环境中,眼睛安全非常重要。 OptoMET 激光多普勒测振仪采用顶尖的短波红外(SWIR) 技术或传统的 HeNe 激光光源。

氦氖激光

氦氖(HeNe)激光器的工作波长为 632.8nm。该激光用作测量激光, 红色测量光束肉眼可见,无需额外辅助即可定位。 氦氖激光器可以聚焦到非常小的位置以测量微结构。因为吸收可忽略不计,因此氦氖激光可以穿透水测量。

氦氖激光器的输出功率限制为 1 mW,以达到 2 级眼睛安全等级(Class II)。因此,当测量对象表面反射足够的光能获得足够的信号质量时,通常使用激光源为氦氖激光的测振仪。

氦氖激光为多模激光:频率相近的波列串会重叠并形成差拍信号。因此,光强和信号质量取决于测试时的工作距离.

红外测振

OptoMET 率先采用短波红外(SWIR)激光技术,为在具有挑战性的测量任务中获取最佳信号质量。绿色同轴引导激光作为定位激光, 帮助不可见的短波红外激光定位测量位置。

用于测量的红外波长为 1550 nm,输出功率为 10 mW,同时具有最安全的 1类人眼安全等级(Class I)。人眼中的水分在激光造成伤害前就吸收掉 1550nm 激光功率。短波红外(SWIR)光电探测器的灵敏度比氦氖可见光大三倍,无论工作距离如何,这都为几乎所有振动测量中的卓越信号质量奠定了基础。

暗黑,粗糙或其他反射率较差的表面和远距离测量都是短波红外(SWIR)振动测量的适用领域。短波红外(SWIR)技术的附加价值包括出色的温度稳定性和长激光寿命。


信号处理

数字解码卡将记录的光强实时转换为位移,速度和加速度数据.

数字信号处理

OptoMET 依赖端到端的数字信号处理,避免了模拟解调中可能出现的因元件老化、温度依赖性、噪声和非线性造成的缺点。OptoMET 端到端数字信号处理的优势包括超高的灵敏度、极佳的分辨率和稳定性。极低的噪音水平确保了即使是反射不良的测量对象也能获得精确的结果。 

OptoMET 超速数字信号处理技术(UltraDSP)

OptoMET 超速数字信号处理(UltraDSP) 技术将高效算法与专业的高性能处理器相结合。解码卡集成在激光测振仪内,无需单独的硬件。因其节能设计,OptoMET 激光测振仪可以被动冷却,并且可以独立于电网供电。信号处理实时完成。即使在最具挑战性的条件下,特定的 FIR 滤波器也便于实现可靠而精确的测量。

测试数据

每秒可以记录 1.6 亿个位移值,速度值和加速度值, 并传递给用户。测试数据可通过标准 GBit 以太网端口传输,同时也可以通过三个标准 BNC端口传输,以便集成到模拟测试环境。

支持

OptoMET 的测量仪器采取低维护设计。然而,这些仪器在日常操作中会受不断变化的外部环境影响。

我们为您提供光学元件的维护、校准、维修和清洁服务,以确保仪器始终处于良好的工作状态。

校准

OptoMET 激光多普勒测振仪的标准配置中包含了仪器的校准。在正常使用条件下,不需要按照固定的时间表重新校准。如果需要,我们会根据具体情况或维护计划执行工厂校准或认证的 DAkkS 校准。

维护

OptoMET 的测量仪器采取低维护设计。然而,这些仪器在日常操作中会受不断变化的外部环境影响。我们建议您定期维护OptoMET激光多普勒测振仪,以确保其始终如一的高品质和可靠性。我们建议您完全根据您的测量仪器及其使用条件来维护。

维修

如果您的 OptoMET 激光多普勒测振仪出现缺陷或损坏,OptoMET 服务团队可以快速而有效地维修。 OptoMET 的所有维修均享有12个月的保修期。


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