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Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3261(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

디지털 이미지 상관 관계, 편향 측정법 및 디지털 홀로그래피는 최근 몇 년 동안 발전한 전체 필드 광학 측정 기술 중 일부입니다. 진동음향 응용 분야에서의 사용이 주목을 받고 있으며 광범위한 사용자 커뮤니티와 잠재적인 미래 사용자에게 이 세 가지 접근 방식에 대한 정량적, 질적 평가를 제공하기 위해 성능을 목록화할 필요가 있습니다. 이 논문은 가속도계와 레이저 도플러 진동계가 제공하는 고전적인 기준 측정과 함께 진동 측정과 관련하여 세 가지 광학 방법의 실험적 비교를 제시합니다. 이 연구는 충격을 받을 때 다양한 진동 반응을 나타내는 두 가지 기계 구조에 대해 수행됩니다.

지상, 해군 또는 항공 운송과 같은 많은 영역에서 구조적 진동은 기계적 신뢰성 및 소음원과 밀접한 관련이 있습니다. 진동은 기계적, 음향적, 공기 역학적, 자기적 등 다양한 가진 유형에 의해 생성될 수 있습니다. 진동 현상에 대한 이해는 일반적으로 실제 상황에서 가진으로 인해 발생하는 진동장에 해당하는 작동 진동 응답 분석을 통해 수행됩니다. . 작동 진동 응답은 진동 전달 경로를 결정하고, 구조의 모달 해석을 수행하고, 여기 소스를 식별하거나 방사 소음을 예측하는 데 유용합니다. 따라서 진동장은 이러한 응용 분야의 기본 입력 데이터입니다. 진동 및 구조 음향 응용 분야에서 관심 있는 진동 파장은 일반적으로 센티미터에서 미터 범위입니다. 표면의 전체 필드 진동 측정에는 적절한 공간 샘플링을 보장하기 위해 일반적으로 파장당 6~10개의 지점이 필요하므로 대규모 구조에 매우 많은 수의 데이터 지점이 포함될 수 있습니다. 실험적인 관점에서 보면 다소 정교한 접근 방식이 진동장을 제공할 수 있습니다.

가속도계는 견고성, 감도, 넓은 대역폭 및 높은 동적 범위로 인해 학계 및 산업계에서 진동 측정에 가장 많이 사용되는 센서입니다. 그러나 이는 구조물에 부착된 위치의 진동장의 점별 측정값만 산출합니다. 따라서 진동 데이터 포인트를 수집하려면 센서를 이동하여 측정을 반복하거나 설정의 전체 복잡성을 높이면서 센서 수를 늘려야 합니다. 또한 구조물의 동작은 가속도계의 질량이 추가되고 연결된 케이블의 감쇠가 추가되어 국지적으로 수정될 수 있습니다. 대부분의 응용 분야에서 가속도계 질량은 구조가 충분히 작은 섭동을 겪도록 선택됩니다. 그럼에도 불구하고 가속도계는 항상 방해가 되며 경량 구조의 경우에는 더욱 그렇습니다.

레이저 기술 및 장비의 상당한 발전으로 인해 레이저 도플러 진동계(LDV)를 사용한 비접촉식 측정이 개발되었습니다. 기본 원리는 측정된 표면의 움직임으로 인해 반사된 레이저 주파수의 도플러 주파수 이동입니다. 따라서 레이저 도플러 진동계는 빔 방향1,2,3,4을 따라 속도 측정을 제공합니다. 레이저 진동계의 주요 관심은 구조물 표면에 접촉이나 침입 없이 진동장을 측정하는 것입니다. 또한, 스캐닝 레이저 도플러 진동계의 개발은 검사된 표면5,6,7,8에서 데이터 포인트 수집을 얻을 수 있는 가능성을 추가합니다. 이와 관련하여 이전 연구에서는 최대 80kHz5,6까지 한 라인을 따라 256개 지점을 스캐닝하고, 하나의 CMOS 센서(진동은 최대 100kHz7까지 측정됨)와 관련된 홀로그램 광학 요소를 사용하고, 주파수 다중화(20개 지점)를 사용한다고 보고했습니다. \(5 \times 4\) 빔8) 또는 3개의 음향 광학 장치와 단일 고속 광검출기(500 Msamples/s9 속도의 \(5 \times 4\) 빔)를 사용합니다. 이러한 접근법은 표면의 여러 지점에서 일련의 독립적인 측정을 생성하지만 동시 측정 수는 여전히 제한되어 있습니다. 여러 지점에서 진동 응답을 얻으려면 레이저 도플러 진동계에서 측정을 반복해야 하므로 제어되고 반복 가능한 여기 소스를 사용해야 합니다. 진동장의 3가지 구성 요소를 모두 측정하기 위해 스캐닝 레이저 도플러 진동계의 3D 확장과 로봇 팔과의 결합이 가능한 등 최근 몇 년 동안 다양한 진화가 나타났습니다10. 이러한 도구는 복잡한 구조의 진동 분석에 매우 강력하지만 비용이 많이 듭니다.