激光测振 - 无锡泓川科技有限公司

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08.01.2014 - 08.02.2017

基于激光测振仪的压电陶瓷高频振动特性非接触测量技术案例 ——以超声波焊接换能器性能优化为例

1. 背景与测试需求压电陶瓷是超声波焊接设备的核心驱动元件，其振动特性（谐振频率、振幅一致性、动态响应速度等）直接决定焊接质量。某厂商开发新型超声波焊接换能器时，需对直径8mm的PZT-4压电陶瓷片进行以下测试：谐振频率点：在20kHz~120kHz范围内精确标定；振幅稳定性：10V驱动电压下，位移峰峰值波动需5%；动态响应：阶跃信号激励下的上升时间与过冲量。技术难点：高频振动（120kHz）需MHz级采样率；微米级振幅需纳米级分辨率；传统接触式传感器（如应变片）引入附加质量，导致谐振频率偏移高达3%~5%。2. 非接触测量方案设计2.1 设备选型与配置核心设备：泓川科技微型激光测振仪（型号MV-HW-TR-M）高频能力：5MHz采样率，覆盖120kHz振动信号的40倍谐波；超低噪声：位移噪声密度0.3pm/√Hz，确保微振动信号信噪比60dB；大动态范围：最大速度20m/s，适配瞬态冲击测试。光学组件：镜头：TR-LENS-F2848可调焦镜头（工作距离5~8cm，光斑直径0.5mm），实现微小陶瓷片的精准定位；激光安全：Class I安全等级，避免对操作人员造成伤害。同步方案：以太网触发信号与驱动电源同步，消除时序抖动（同步精度1μs）。2.2 实验系统搭建被测件固定：压电陶瓷片粘接于质量块（模拟实际负载），置于STAND-1花岗岩测振台（隔振环境）；光路对准：通过655nm红光指示调整激光光斑至陶瓷中心，利用显微镜辅助确保光斑覆盖区域无缺陷；信号链路：激光测振仪数字输出（以太网）接入上位机，实时显示时域波形与频谱；模拟输出（SMA）连接示波器，监测瞬态响应；驱动信号发生器输出同步触发信号至测振仪。3. 测试过程与数据分析3.1 谐振频率扫描测试方法：在20~120kHz范围内以1kHz步进施加10V正弦波，记录各频点位移峰峰值。结果：主谐振峰：67.5kHz（位移4.2μm），与理论值偏差0.3%（图1）；寄生谐振：112kHz处出现微弱峰值（位移0.8μm），需通过结构优化抑制。3.2 振幅稳定性测试方法：67.5kHz下连续驱动1小时，每5秒记录位移峰峰值。结果：位移波动范围4.18~4.25μm（标准差0.02μm），稳定性达99.5%；温度漂移补偿算法使静态位移误差0.1nm（图2）。3.3 动态响应测试方法：施加0→10V阶跃电压，测量上升时间与过冲...

2025 - 03 - 03
激光测振仪在自动火炮后坐位移测试中的应用

摘要：后坐位移是火炮设计中的一个重要参数，它关系到火炮射击过程中的稳定性、精度以及整体性能。为了准确测量火炮的后坐位移，本文介绍了一种采用激光测振仪进行测量的新方法。该方法基于多普勒效应和激光外差干涉原理，通过测量火炮后坐过程中产生的多普勒频移来计算位移量。实验结果表明，该方法具有较高的实用性和准确性，为火炮的设计和优化提供了有力的支持。关键词：火炮；后坐位移；激光测振仪；多普勒效应；激光外差干涉一、引言火炮后座运动是一个复杂的物理过程，与炮身、弹丸、炮架等构件的综合响应密切相关。后坐位移作为火炮射击过程中的重要参数之一，对于评估火炮的性能和可靠性具有重要意义。通过测量后坐位移，可以了解火炮在射击过程中后坐机构的工作特性，如后坐机构复进是否平稳、各构件之间撞击引起的速度变化是否合理等。这些信息对于火炮的可靠性设计、性能优化以及仿真模型的完善都具有重要的指导意义。目前，火炮后坐位移的测量方法主要包括激光CCD法、高速摄影法和激光测振法等。其中，激光CCD法通过激光束照射在后坐表面形成漫发射，再通过敏感元件的光斑距离反算得到后坐位移。然而，该方法对于测量环境的要求较高，且容易受到外界因素的干扰。高速摄影法则是通过快速拍摄射击过程中的后坐机构运动状态，再通过图像处理获得其位移和速度等参数。但这种方法只适用于单发射击，对于高速连发射击时的测量误差较大。相比之下，激光测振法具有非接触式测量、空间分辨率高、响应频带宽等优势，更适合于火炮后坐位移的测量。二、激光测振仪测量原理及系统组成（一）测量原理激光测振仪是基于多普勒效应和激光外差干涉原理来测量物体速度和位移量的。当激光束照射到运动的物体表面时，由于物体表面的反射作用，激光束会发生多普勒频移。这一频移的大小与物体的运动速度成正比，与激光的频率、波长以及光与物体之间的夹角等因素有关。通过测量多普勒频移的大小，可以计算出物体的运动速度。进一步地，通过对速度的积分处理，可以得到物体的位移量。激光测振法的测量原理图如图1所示。激光器发出频率为f的信号光束，经过分光棱镜照射到被测物体表面。被测物体产生振动后，反射回来的光束会产生多普勒频移Δf。这一频移信号与参考光束在光电探测器中发生干涉，产生包含多普勒频移的干涉信号。该信号经过后端的数据采集和处理系统后，可以得到物体的运动速度和位移量。 ...

2024 - 12 - 17
激光测振仪在能量收集系统中的核心应用

在当今科技日新月异的时代，能量收集系统作为实现自持续运行的关键技术，正日益受到广泛关注。这些系统通过捕捉环境中的各种能量形式，如机械振动、热能等，并将其转化为电能，为微型设备提供源源不断的动力。其中，激光测振仪作为一种高精度的测量工具，在能量收集系统的研发与优化中发挥着举足轻重的作用。为何激光测振仪如此重要？能量收集系统的性能评估与优化离不开对振动特性的精确测量。激光测振仪以其非接触、高精度、实时测量的特点，成为研究能量收集系统振动特性的首选工具。它不仅能够测量振动幅度和频率，还能揭示振动模式与能量转换效率之间的内在联系，为系统的优化提供关键数据支持。实验设计与布局在能量收集系统的实验中，我们设计了一款基于压电效应的能量收集器，其结构包括一个由弹簧悬浮的质量块和固定的压电片。当外界振动作用于质量块时，会带动压电片产生形变，进而产生电能。为了深入探究该能量收集器的振动特性，我们采用了激光测振仪进行精确测量。实验装置如图1所示，激光测振仪被巧妙地安装于能量收集器上方，通过发射激光束并接收反射回来的光信号，实现对质量块振动位移的实时测量。同时，我们还利用信号发生器产生激励信号，驱动压电致动器产生可控的振动，以模拟实际环境中的振动源。面内振动精测与分析利用激光测振仪的高精度测量能力，我们详细记录了能量收集器在不同激励条件下的面内振动特性。通过调整激励信号的频率和幅度，我们观察到了质量块振动幅度与频率之间的复杂关系，以及振动模式随激励条件的变化情况。图2展示了在特定激励条件下，质量块振动幅度与频率的响应曲线。从图中可以看出，当激励频率接近能量收集器的共振频率时，振动幅度达到最大值，这意味着此时能量转换效率最高。此外，我们还通过激光测振仪测量了振动相位与激励信号之间的相位差，为深入理解能量转换机制提供了重要信息。能量输出与优化策略激光测振仪的测量结果不仅揭示了能量收集器的振动特性，还为优化能量输出提供了有力支持。通过对比不同激励条件下能量收集器的输出功率，我们发现负载阻抗对能量输出具有显著影响。如图3所示，在特定负载阻抗下，能量收集器的输出功率达到最大值。这一发现为实际应用中负载阻抗的选择提供了重要指导。总结与展望综上所述，激光测振仪在能量收集系统的研发与优化中发挥着不可或缺的作用。它不仅能够精确测量振动特性，还为揭示能量转换机制、优化能量输出提供了关键数据支持。随着科技的不断...

2024 - 12 - 11
使用激光测量振动传感器评估超声波换能器的振动性能

激光测量振动传感器作为一种先进的测试技术，正逐渐成为评估超声波换能器性能的关键工具。超声波换能器，作为能量转换的核心部件，其振动特性的精确测量对于确保设备的高效运行至关重要。通过激光测量技术，我们可以非接触、高精度地捕捉到换能器的振动数据，为产品优化和质量控制提供有力支持。超声波换能器在医疗、工业检测、材料科学等领域有着广泛的应用，其性能的稳定性和可靠性直接关系到整个系统的效能。相较于传统的测量手段，激光测量振动传感器具有更高的灵敏度和准确性，能够实时监测换能器的振动状态，揭示潜在的性能差异或缺陷。在超声波换能器的生产过程中，为了确保每个换能器都能达到最佳性能，我们需要对其振动特性进行全面的评估。这包括振动频率、振幅以及振动模式的均匀性等多个方面。使用激光测量振动传感器，我们可以轻松实现对这些参数的精确测量。测试过程中，我们将超声波换能器固定于测试台上，并通过精密的激光束照射其表面。传感器接收到反射回来的激光信号后，通过内部的高精度处理系统，将光信号转换为电信号，进而得到换能器的振动数据。这一过程不仅快速且高效，而且能够避免传统接触式测量可能带来的干扰和误差。图1展示了激光测量振动传感器在测试超声波换能器时的应用场景。通过激光束的精确照射，我们可以清晰地看到换能器表面的振动情况，并通过数据分析软件对其振动特性进行详细的解读。在数据评估阶段，我们重点关注换能器振动的一致性和稳定性。任何异常的振动模式或频率偏差都可能预示着潜在的性能问题。通过对比不同换能器的振动数据，我们可以迅速识别出存在问题的个体，并对其进行进一步的检查或修复。图2展示了一个典型的测试结果，其中某个换能器的振动频率与预期值存在明显偏差。通过激光测量振动传感器的精确数据，我们得以迅速定位问题所在，并采取了相应的纠正措施。结论部分，超声波换能器的成功设计和生产离不开对其振动性能的精确评估。激光测量振动传感器作为一种高效、准确的测试工具，为这一过程提供了强有力的支持。通过在生产过程中引入这一技术，我们不仅能够确保每个换能器都能达到最佳性能，还能够有效避免潜在的质量问题，降低生产成本，提升产品竞争力。

2024 - 12 - 11
3D扫描激光测振仪在金属超声疲劳试验中的高精度应用与数据分析

摘要：本文深入探讨了3D扫描激光测振仪在金属超声疲劳试验中的高精度应用，通过详细的数据分析、算法公式以及测量步骤的阐述，展示了其在非接触式应力应变测试中的独特优势。结合德国凯泽斯劳滕大学材料科学与工程学院的实际研究案例，本文揭示了3D扫描激光测振仪在金属疲劳特性研究中的重要作用，为高性能材料的可靠性评估提供了有力的技术支持。一、引言随着现代动力系统的不断发展，对高性能材料的疲劳特性研究提出了更高的要求。传统的测试设备在频率和精度上已难以满足当前的需求，而超声疲劳试验设备以其短周期、高效率的特点，成为研究超高循环疲劳状态的重要手段。然而，如何准确测量并评估材料的疲劳行为，成为制约该领域发展的关键问题。3D扫描激光测振仪以其非接触式、高分辨率的特点，为解决这一问题提供了新的思路。二、测试原理与方法超声疲劳试验设备超声疲劳试验设备基于压电转换器原理，通过激励疲劳试验件产生高频振动，从而实现对材料疲劳特性的研究。在本研究中，试验系统的频率为20kHz，这是试验件的基本属性，通过有限元分析确保试验件设计满足需求。3D扫描激光测振仪3D扫描激光测振仪利用激光束对试验件进行扫描，通过测量反射光的相位变化，计算得到试验件的振动位移。其非接触式的测量方式避免了传统应变片在高频振动下的接触问题，提高了测量的准确性和稳定性。测量步骤与方法（1）试验搭建：将试验件安装在超声疲劳试验设备上，并连接3D扫描激光测振仪。调整激光头的位置，确保能够覆盖试验件的关键区域。（2）数据采集：启动试验设备，使试验件在特定频率下振动。同时，开启3D扫描激光测振仪，采集试验件的振动数据。（3）数据处理与分析：利用相关软件对采集到的数据进行处理，包括滤波、去噪、模态识别等步骤。通过对比有限元模型与试验数据的差异，评估试验件的疲劳状态。三、测试数据与算法公式特征频率与模态识别在初始状态下，通过3D扫描激光测振仪测量得到试验件的特征频率为20.06kHz，与有限元模型计算结果相吻合。特征模态显示了纵向振动，进一步验证了试验件设计的正确性。应变分布测量在试验中，选择了30nm的微小位移来测量特征频率和特征模态，以防止材料未知的疲劳损伤。通过3D扫描激光测振仪测量得到试验件中部应变最大的4mm长标距长度内的应变分布。同时，利用单点激光测振仪测量自由端位移幅值，通过关联分析得到应力幅值与位移幅值之间的关系。算法公式在数据...

2024 - 12 - 04
激光测振仪在水下振动测试中的应用与数据分析

引言在水下环境中进行振动测试，对于理解水下结构物的动态行为至关重要。例如，超声医疗换能器、海洋勘探设备以及潜艇结构等，都需要在水下进行精确的振动测试。本文将以一个简单的金属梁为测试样品，利用三维激光测振仪PSV-500-3D，详细阐述如何在水下进行振动测试，并通过数据分析揭示物体在水中的振动特性变化。实验搭建测试仪器与配置泓川科技提供了两种扫描式激光测振仪，分别适用于不同测量场合：红外式扫描头：激光波长：1550nm输出功率：10mW特点：高灵敏度、高信噪比、长测试距离，但不适用于水下测试，因为该波长的激光在水中迅速被吸收。红色激光扫描头：激光波长：633nm输出功率：1mW特点：低功率、人眼安全，激光在水中衰减较弱，适用于水下测试。本次实验采用红色激光扫描头进行水下测试。为了实现三维测量，三个扫描头以不同角度照射被测物体表面，PSV软件确保三束激光重合于同一测量点，从而提取X、Y、Z三个方向的振动数据。被测物体与激励方式被测物体：150mm长的铝梁，截面尺寸为12x12mm。激励方式：使用直径10mm的压电片粘贴于铝梁表面，通过绝缘胶固定。激励电压设置为40V，确保在水下能正常工作。实验装置与步骤实验装置：包括玻璃容器、橡胶阻尼垫、三维激光测振仪及附属设备。实验步骤：将被测物体放置于空玻璃容器中，容器置于橡胶阻尼垫上。透过玻璃容器侧壁，首先进行空气中的三维扫描测试。向玻璃容器中加入纯净水，保持其他测试条件不变，进行水下测试。实验结果与数据分析振型对比图4展示了物体在空气和水中的几个峰值振型。可以看出，尽管振型相似，但频率存在显著差异。空气中振型（左图）：显示物体在自由振动状态下的自然形态。水中振型（右图）：由于水的阻尼作用，振型略有变形，且频率降低。频谱分析图5为两次测试的平均频谱图，进一步揭示了物体在空气和水中的振动特性差异。空气中频谱（上图）：显示出较高的共振频率峰值。水中频谱（下图）：共振频率峰值显著降低，且阻尼明显增加。数据公式与算法多普勒频移公式激光测振仪基于多普勒效应测量物体振动速度，多普勒频移公式为：其中，fd 为多普勒频移，v 为物体振动速度，c 为光速，f0 为激光频率，θ 为激光与物体振动方向的夹角。阻尼比计算阻尼比 ζ 可通过以下公式计算：其中，c 为阻尼系数，k...

2024 - 11 - 27
激光测振传感器在钢筋混凝土梁振动特性测量中的应用与数据解读

引言钢筋混凝土结构作为现代建筑中最常用的结构形式之一，其安全性和稳定性至关重要。在地震、风载等外部荷载作用下，结构的振动特性会发生变化，甚至导致损坏。因此，对钢筋混凝土结构的振动特性进行准确测量和分析，对于评估结构的安全性、优化设计和维护策略具有重要意义。本研究利用德国卡尔斯鲁厄理工学院建筑材料研究院的先进设备，采用多通道激光测振仪，对钢筋混凝土梁的振动特性进行了深入研究。研究背景与目的德国卡尔斯鲁厄理工学院的建筑材料研究院，自1916年成立以来，一直致力于地震工程、建筑强度提高、建筑状态监测和高强度材料应用等领域的研究。本研究旨在通过利用激光测振传感器技术，评估钢筋混凝土梁在损坏过程中的振动特性，包括模态振型和共振频率，为桥梁和建筑物的状态监测提供科学依据。测量设备与实验设置测量设备本研究采用多点式激光测振仪，该设备基于激光非接触式测量原理，最多可支持48个通道同步测量，能够精确获取被测物体的三维动态特性。MPV-800以其高精度、高灵敏度和宽频带响应特性，在振动测量领域具有显著优势。实验设置实验对象为一根长6.5米的钢筋混凝土梁，其上安装了27个光学头，以预定位置布置。实验采用专门的支架将光学头固定在被测梁的上方，以确保测量的准确性和稳定性。实验流程包括使用橡皮锤激励梁，在特定频率下（2KHz、4KHz、8KHz）进行触发测量，并记录梁的变形和损坏过程。测量步骤与方法原理测量步骤激励梁：使用橡皮锤对梁进行激励，产生初始振动。触发测量：在2KHz、4KHz和8KHz频率下，使用MPV-800进行触发测量，记录梁的振动响应。施加力：在梁的中间位置施加逐级增加的力，模拟实际荷载情况。记录损坏：通过视觉观察记录梁的损坏过程。释放力：在每次施加力后，释放力并观察梁的振动恢复情况。重复测试：增加一级力后再次进行测试，直至梁损坏。方法原理激光测振传感器的工作原理主要基于激光多普勒效应和光外差干涉技术。当激光束照射到振动的物体表面时，由于物体的移动，散射回来的光波频率会发生变化，这种频率变化与物体的振动速度成正比。通过测量这种频率变化，可以精确计算出物体的振动速度。同时，结合光外差干涉技术，利用两束相干光（一束照射到振动物体上，另一束作为参考）在探测器处产生的干涉条纹变化，可以进一步获取物体的振动位移信息。数据解读与分析振动特性分析通过MPV-800记录的振动数据，我们可以观察...

2024 - 11 - 26
激光测振仪与接触式加速度传感器在产线监测中的对比研究：技术创新与质量控制的飞跃

引言在现代化制造业中，产品质量控制是确保市场竞争力与品牌信誉的关键因素。随着工业4.0时代的到来，传统的人工抽检方式已无法满足高效、精准的质量控制需求。传感器技术，尤其是非接触式激光测振仪的应用，为产线监测带来了革命性的变化。本文将深入探讨激光测振仪相较于传统接触式加速度传感器的技术优势，并通过详细的对比测试分析，展示其在提高产线监测效率与准确性方面的显著优越性。激光测振仪的技术优势1. 非接触测量，无附加影响激光测振仪利用激光束照射被测物体表面，通过测量反射光的多普勒频移来计算振动速度或位移，实现非接触式测量。这种方式避免了传统接触式传感器因安装不当或长期接触造成的被测物体表面损伤，保证了测量的真实性和可靠性。2. 宽频带响应，高阶缺陷精准识别激光测振仪具有更宽的线性响应带宽（如20KHz），相比传统加速度传感器的有限带宽（通常为共振频率的30%），能够捕捉到更高频率的振动信号，对于识别微小或高阶的机械缺陷具有重要意义，提高了检测的灵敏度和准确性。3. 高重复性、稳定性和可靠性非接触式测量特性使得激光测振仪在多次测量中表现出极高的重复性，不受安装位置、接触压力等外界因素干扰。其内置的高精度光学系统和算法优化确保了长期稳定的工作性能和可靠的数据输出，为持续、高效的质量控制提供了坚实基础。4. 低维护成本，长校准周期激光测振仪无需与被测物体直接接触，避免了因磨损、污染等原因导致的频繁维护和校准需求。其维护成本显著降低，校准周期延长，进一步提高了生产效率和经济效益。5. 信号质量监测，避免误判激光测振仪能够同时监测信号质量，如信噪比、相干性等，通过智能算法分析，有效过滤噪声干扰，确保测量结果的准确性和可靠性，避免因信号质量问题导致的误判。对比测试与分析为了直观展示激光测振仪的优势，我们设计了一项对比测试，针对某电机的噪声水平进行了评估。测试过程中，同时采用了加速度传感器和激光测振仪，加速度传感器通过气动机构以不同速度抬升与被测电机接触，而激光测振仪则固定于测试支架上。测试方案设备准备：选用高精度激光测振仪与压电式加速度传感器。测试布局：如图3所示，激光测振仪固定，加速度传感器通过气动机构抬升接触电机。测试流程：进行五次重复测量，记录每次测量的振动频谱密度（PSD）曲线。结果分析重复性对比：如图4所示，激光测振仪的PSD曲线在五次测量中高度一致，显示出极高的重复性；而加速...

2024 - 11 - 26
高精度轴承波纹度激光多普勒测振仪技术要求与应用解析

一、引言激光多普勒测振技术作为一种高精度、非接触式的振动测量方法，在轴承波纹度检测中展现出独特的优势。本文旨在详细阐述高精度轴承波纹度激光多普勒测振仪的技术要求、性能特点及其在轴承波纹度检测中的应用，并对比分析其与其他主流测量方式的优劣性。二、设备概述高精度轴承波纹度激光多普勒测振仪是一种利用激光多普勒效应对物体振动特性进行精确测量的仪器。通过测量从物体表面微小区域反射回的相干激光的多普勒频移，确定测点的振动速度，进而分析轴承波纹度。该设备具有远距离、非接触、空间分辨率高、测量时间短、响应频率宽等特点，适用于不同直径轴承波纹度的非接触式定性检测。三、技术要求基本配置与可扩展性设备应包含激光多普勒测振仪主机、配套镜头、电脑主机（Windows系统）、专业的配套操作和分析软件等。设备应支持电脑控制系统，方便试验操作和参数查看。传感器性能要求景深调节：传感器应具备景深手动或自动调节功能，调节距离应大于5cm，以适应不同轴承的测试需求。测试距离与尺寸：传感器测试距离需适配现场情况，同时传感器尺寸应不大于1508030mm，以满足安装便利性和稳定性要求。宽频测试能力：传感器应具备0-50KHz频段的宽频测试能力，确保能获取样件的整体特征。调试软件：配备调试软件，确保传感器的正常工作及数据处理的准确性。技术参数测量内容：位移、速度、加速度测量距离：0.06~40m内部采样速率：100MHz频率测量范围：DC~2.5MHz最大速度量程：Max 4.5m每s速度信号分辨率：0.005um/s-1/√Hz位移分辨率：10pm/√Hz同步触发：支持4路同步触发尺寸与重量：1005030.6mm，0.3KG防护等级与电源：IP64防护等级，12-24V DC电源，带220V交流适配器工作温度：0-50°C激光参数：激光功率2mW，安全等级CLASS І（非可见光），支持手动自动聚焦四、软件功能收光功率显示：调光过程显示，包括柱状图和眼图，便于用户实时监控激光状态。数据处理与分析：包括频谱分析、时域分析、FFT变换等，以获取振动信号的频率、幅度、相位等参数。数据可视化：提供丰富的数据可视化功能，如波形图、频谱图等，方便用户直观分析振动特性。报告生成：支持生成详细的测试报告，包括测量数据、分析结果、图表等，便于用户存档和分享。兼容性与扩展性：软件应具有良好的兼容性和扩展性，支持与其...

2024 - 11 - 19
汽车制动系统振动测试与优化：结合3D扫描式激光测振仪与有限元分析的综合研究

摘要汽车制动时的噪音和振动控制是提升产品舒适性和用户满意度的关键因素。本文介绍了一种结合德国Polytec公司3D扫描式激光测振仪与有限元模型分析的综合方法，旨在优化汽车制动系统的振动性能。通过理论分析与实验验证，本文详细阐述了测试技术的原理、实验步骤、数据分析方法以及优化策略，为汽车制造商和零部件供应商提供了有效的解决方案。1. 引言随着消费者对汽车舒适性要求的日益提高，制动系统的噪音和振动控制成为产品设计中的重要环节。传统的基于本征值分析的制动噪音计算方法存在局限性，需要结合精确的测试技术来验证和优化有限元模型。本文提出了一种结合3D扫描式激光测振仪与有限元分析的综合方法，旨在提高制动系统振动性能的优化效率。2. 测试技术原理与设备2.1 3D扫描式激光测振仪原理3D扫描式激光测振仪基于多普勒原理，通过高精度激光干涉仪输出激光照射到被测物体表面，并收集返回的激光，经干涉产生正比于被测物体表面速度的多普勒频移信号。该信号经解码器运算处理，输出被测物的速度和位移。该技术具有非接触、高精度、动态范围大等优点，特别适用于复杂结构的振动测量。2.2 设备组成与测量方式3D扫描式激光测振仪由三个独立激光头组成，从不同空间方向获取每个测量点的振动数据。测试前，需在被测物体表面上布置测试网格，定义网格的形状、密度等参数。测试时，系统将每个点的测量结果与参考点进行比对，得出系统振型。3. 有限元仿真分析3.1 制动系统数学模型制动系统的振动可用如下数学方程描述：其中：M为质量矩阵，D为阻尼矩阵，K为刚度矩阵，q为位移矢量，f(t)为外部激励。3.2 仿真步骤建立有限元模型：包含所有相邻底座组件的刹车系统。计算静变形：考虑刹车压力、温度等参数。本征值分析：确定不稳定模态和自激励振动频率。4. 实验研究4.1 实验设置在刹车系统上运行自动搜索噪声程序，即矩阵测试，包括所有实际驾驶状况。使用参数如运行方向、速度、制动压力、温度、噪声频率等记录和评估刹车噪声。4.2 测量步骤安装与校准：安装激光测振系统，包括激光头摆放、三维坐标校准、测试网格布置。噪声搜索：在测力计上，使用临界参数作为目标，对所有频率进行顺序搜索。数据获取：激光测振仪从不同方向测试刹车系统振动特性，同时使用加速度传感器补偿光学测量技术的局限性。4.3 数据处理与分析将测试数据与有限元模型进行对比，验证频率、模态的相关性和...

2024 - 11 - 17
基于自动力锤与扫描式激光测振仪的MIMO模态测试技术研究

摘要本文研究了具有密集耦合模态结构的测试难题，提出了一种结合自动力锤和扫描式激光测振仪的多输入多输出（MIMO）模态测试方法。通过对刹车盘这一高对称性结构的实例分析，验证了该方法在分离和提取耦合模态方面的有效性。文章详细阐述了MIMO测试的原理、实验设置、数据处理流程及结果分析，为有限元验证提供了准确的模态参数。1. 引言在结构动力学分析中，密集耦合模态的测试是一个挑战性问题。特别是当结构具有高度对称性时，其模态频率相近但振型不同，难以通过传统方法有效分离。本文旨在通过MIMO测试技术，结合先进的测量设备，解决这一问题。添加图片注释，不超过 140 字（可选）2. MIMO测试技术的必要性对于如刹车盘等高对称性结构，其共振频率分离小，模态相互耦合。传统的单输入单输出（SISO）测试方法往往无法准确提取所有模态。MIMO技术通过多点激励和多点响应测量，能够更有效地分离和识别密集模态，提高模态测试的准确性和可靠性。添加图片注释，不超过 140 字（可选）3. 测量原理与设备3.1 扫描式激光测振仪扫描式激光测振仪是一种非接触式测量设备，能够精确测量结构表面的三维振动。其优点包括无附加质量影响、高密度多点测试能力，特别适用于高阶模态的测量。3.2 自动力锤自动力锤作为激励设备，能够实现对结构的非接触式冲击激励，与扫描式激光测振仪配合使用，可实现连续、高效的测试。3.3 MIMO测试原理MIMO测试通过多个激励点同时或依次激励结构，利用主成分分析（PCA）等方法分离各激励源的影响，从而准确提取耦合模态。4. 实验设置与数据处理4.1 实验对象与布置实验以刹车盘为研究对象，将其放置在软泡沫上以模拟自由状态。使用两个自动力锤在不同位置进行激励，3D扫描式激光测振仪测量256个测试点的三维振动响应。添加图片注释，不超过 140 字（可选）4.2 数据采集与合成实验分两次进行，每次改变激励位置。采集的数据通过软件合成，形成MIMO测试数据集。添加图片注释，不超过 140 字（可选）4.3 模态提取与验证模态提取：采用基于稳态图的模态提取方法，通过曲线拟合在频域内识别模态。设置不同的模态阶数进行尝试，以找到最优解。结果验证：利用AutoMAC矩阵评估模态解耦程度，确保提取的模态相互独立。添加图片注释，不超过 140 字（可选）添加图片注释，不超过 140 字（可选）添加图片注释，不超...

2024 - 11 - 17
滚动轮胎系统的振动分析与验证：结合有限元模型与激光测振技术

摘要本文深入探讨了滚动轮胎系统的振动特性，通过结合有限元方法与先进的激光测振技术，对E-class车前轮轴上的轮胎系统进行了全面的三维振动分析。研究旨在提升车辆的NVH（噪声、振动和声振粗糙度）性能，同时降低开发成本与时间。通过对比数学模型预测与实验测试结果，验证了所提方法的有效性。引言轮胎作为乘用车的重要组成部分，不仅支撑着车重，还负责在加速、刹车和转弯时传递力至路面，并减少因路面不规则带来的振动和噪声。随着内燃机噪声的降低和车辆轻量化趋势，轮胎的NVH性能变得尤为重要。本研究通过数学建模与实验测试相结合的方式，对轮胎系统的振动进行了深入分析。轮胎系统的复杂性与挑战轮胎系统包含20多个部件，每个部件由非线性材料组成，其性能受温度、应变率等多种因素影响。此外，轮胎与路面的接触激励是非线性的，使得轮胎系统的建模极具挑战性。为应对这些挑战，本研究采用了有限元方法建立滚动轮胎的数学模型，并考虑了轮胎阻尼、滚动产生的回转力以及内外胎-轮辋与空腔之间的耦合效应。数学模型构建基本方程：基于结构质量矩阵Ms、结构刚度矩阵Ks、流体质量矩阵Mf、流体刚度矩阵Kf，以及气腔与结构之间的耦合作用（Hsf矩阵），建立了轮胎系统的运动方程。该方程考虑了空气密度ρ、声速c以及结构的反对称陀螺矩阵Gs和流体的反对称陀螺矩阵Gf。特征值问题：为得到标准特征值形式，将N×N二阶微分方程转换为2N×2N一阶微分方程。由于系统矩阵的非对称性，本征解包含单一特征值矩阵和两组复杂的特征向量，分别描述模态振型和激励振型。轮毂边界条件：采用耦合响应方法计算车轮与车辆的耦合振动响应，通过位移导纳方法计算耦合FRF矩阵，实现了车轮子结构与车辆其他部分的连接。实验测试方法测试装置：使用Polytec公司的3D扫描式激光多普勒测振仪，对置于转鼓上的右前轮胎进行振动测试。转鼓表面经过轻微不均匀性处理，以施加已知激励并确保轮胎与转鼓持续接触。测量原理：测振系统的光学头探测轮胎表面沿激光方向上的多普勒频移，该频移与轮胎的瞬时振动速度成正比。通过坐标变换，获取振动矢量的x、y和z分量，实现三维振动测量。测试过程：车轮由转鼓驱动，速度范围在33至99km/h之间。在每个恒定速度下，从9个不同角度扫描车轮，并记录驾驶舱内四个位置的声压级。实验结果与验证模态识别：通过测量滚轮的过程，识别了驾驶舱内噪声的主要频谱...

2024 - 11 - 15
光学振动测量技术在轮毂电机声学特性优化中的应用研究

标题：光学振动测量技术在轮毂电机声学特性优化中的应用研究摘要本文介绍了德国马格德堡大学（Otto von Guericke University Magdeburg）Editha工作小组对轮毂电机声学特性的深入研究。通过采用光学振动测量技术，对轮毂电机在运行状态下的振动响应进行了精确测量与分析，旨在为优化电动汽车的声学性能提供科学依据。文章详细阐述了测量原理、实验方法、数据处理及结果分析，并展望了未来研究方向。1. 引言随着电动汽车的快速发展，轮毂电机作为其核心部件之一，其声学特性的优化成为研究热点。轮毂电机的振动和噪音不仅影响驾乘体验，还关系到电动汽车的整体性能和市场竞争力。本文基于Editha工作小组的研究成果，探讨了光学振动测量技术在轮毂电机声学特性优化中的应用。2. 近轮电驱动研究背景自2011年以来，马格德堡大学Editha工作小组致力于电动汽车电驱动技术的研发。从Editha 1到Editha 3，团队逐步将直流电机替换为永磁同步电机，并最终采用轮毂电机，以实现更高的空间利用率和更智能的车辆动力学控制。然而，轮毂电机的引入也带来了簧下质量增加和声音辐射增强等新问题，亟需对其声学特性进行深入评估和优化。3. 光学振动测量技术原理光学振动测量技术是一种基于激光多普勒效应的非接触式测量方法，能够精确测量物体表面的振动速度和位移。本研究一维扫描式激光多普勒测振仪，通过激光束照射到被测物体表面，并接收反射回来的光信号，利用多普勒频移原理计算物体表面的振动速度。测量原理公式：其中，v为振动速度，λ为激光波长，Δf为多普勒频移，θ为激光束与被测物体表面的夹角。4. 实验方法与装置4.1 实验装置搭建实验采用自由-自由安装方式，将轮毂电机悬吊在铝型材框架上，以避免外部激励与被测结构因耦合产生的不确定的边界条件。使用力锤激励保证自由边界条件不变，并将力锤的头部安装在电动激振器上，以实现可重复的激励。4.2 测量网格与反旋器为了全面测量轮毂电机表面的振动情况，设定了密集的测量网格。由于轮毂电机转子旋转，传统加速度计无法测量其局部面外振动。因此，在测振仪前安装了一个可旋转的玻璃棱镜（反旋器），使测振仪能够按照预设的测量网格对旋转表面进行测量。4.3 数据采集与处理实验过程中，电动闸用于施加不同的负载，以实现不同的稳态工作点。使用增量编码器确保反旋器玻璃棱镜的角速度与被测物的角...

2024 - 11 - 15
激光测振传感器在风机电机旋转振动状态非接触测量中的案例分析与技术方案

一、引言在工业生产中，风机和电机作为关键设备，其运行状态直接影响到生产效率和设备寿命。传统的接触式振动测量方法存在诸多局限，如安装复杂、对设备造成干扰、维护成本高等。因此，采用非接触式的激光测振传感器进行测量成为了一种理想的解决方案。本文将以实际案例为基础，详细介绍激光测振传感器在风机电机旋转振动状态非接触测量中的技术方案。二、技术原理激光测振传感器基于激光多普勒效应原理进行工作。当激光束照射到振动的物体表面时，反射光的频率会因物体表面的振动而发生变化。通过测量反射光与入射光之间的频率差，可以计算出物体表面的振动速度，进而分析振动状态。三、案例分析1. 案例背景某风力发电厂的风机在运行过程中出现了振动异常现象，严重影响了设备的稳定性和使用寿命。为了准确测量风机的振动状态并找出问题根源，决定采用激光测振传感器进行非接触测量。2. 测量设备选用MV-G100型激光测振传感器，该传感器具有外置镜头，基准距离50-2000mm，频率范围DC-1.25MHz，振动幅度分辨率3. 测量步骤3.1 安装与校准将激光测振传感器固定于三脚架上，调整传感器与被测风机叶片之间的距离至合适范围（如2m）。使用红光指引功能，确保激光束准确照射到风机叶片的预定测量点。进行传感器校准，确保测量数据的准确性。3.2 数据采集启动传感器，开始实时采集风机叶片的振动数据。设置采样频率为10kHz，以保证数据的连续性和准确性。采集过程中，注意记录风机叶片的转速、风向等参数，以便后续分析。3.3 数据处理与分析将采集到的振动数据导入专业分析软件，进行频谱分析、时域分析等处理。通过频谱分析，可以识别出风机叶片的振动频率成分，判断是否存在异常振动。通过时域分析，可以计算出风机叶片的振动位移、速度、加速度等参数，评估振动状态。3.4 结果评估与优化根据测量结果，对风机叶片的振动状态进行评估。若发现异常振动，需进一步分析原因，如叶片不平衡、轴承损坏等。针对问题根源，采取相应的优化措施，如调整叶片平衡、更换轴承等。调整后再次进行测量，验证优化效果。4. 测量结果与分析通过激光测振传感器的测量，得到了风机叶片在不同转速下的振动数据。以下是对部分测量结果的分析：在风机转速为15rpm时，叶片的振动频率为5Hz，振动位移为0.1mm，振动速度为0.2m/s，振动加速度为0.04g（g为重力加速度）。在风机转速为30rpm...

2024 - 11 - 10
激光测振仪在医学超声领域的应用案例分析-超声手术刀的振动特性测量

引言随着医学技术的不断进步，超声技术已成为现代医学诊断和治疗中不可或缺的一部分。从超声成像到超声治疗，其应用范围日益广泛。为了确保医学超声设备的精确性和安全性，对其振动特性的准确测量显得尤为重要。激光测振仪，作为一种高精度、非接触式的测量工具，为医学超声设备的研发、质检及性能优化提供了强有力的技术支持。本文将详细探讨激光测振仪在医学超声领域的应用，并通过具体案例分析其测量步骤和方法原理。添加图片注释，不超过 140 字（可选）激光测振仪的技术优势高空间分辨率：激光聚焦光斑小，通常可达微米级，使得其能够快速定位并测量如超声手术刀、洁牙器等小尺寸超声器件。非接触式测量：无需与被测物体接触，避免了测量过程中对设备的干扰，提高了测量效率和准确性。特别适用于产线上的快速检测，确保产品一致性。宽带检测能力：最高可检测至2.5MHz的高频超声，同时满足1nm以下的微弱振动分辨率要求，确保了测量的高精度。振动模态全场成像：结合扫描式激光测振仪，可实现对超声设备振动模态的全场成像和分析，为性能优化提供全面的实验数据。添加图片注释，不超过 140 字（可选）小型激光振动测振仪的技术特点小型激光振动测振仪通过光学相干检测光路和测距光路的集成，实现了体积的大幅减小（约半个火柴盒大小）。其关键技术指标包括：非接触测量：避免了对被测物体的物理接触，减少了测量误差。纳米级测量精确度：通过高精度光学系统，实现纳米级的振动测量。动态响应能力：快速响应动态变化，适用于高频振动测量。抗干扰能力强：通过光学隔离和信号处理技术，有效抑制外界干扰。体积小、易集成：便于集成到各类系统中，提高测量的灵活性和便捷性。应用案例：超声手术刀的振动特性测量测量步骤设备准备：将小型激光振动测振仪固定于稳定的三脚架上，确保测量光路与被测超声手术刀垂直。连接测振仪与数据采集系统，设置采样频率和测量参数。2.预校准：使用标准振动源对测振仪进行校准，确保测量准确性。校准过程中，记录不同频率下的振动幅值和相位，建立校准曲线。3.测量实施：开启超声手术刀，设置其工作频率（如40kHz）。使用激光测振仪对超声手术刀的刀头进行逐点扫描，记录振动幅值和相位分布。通过数据采集系统，实时显示并存储测量数据。4.数据分析：对测量数据进行处理，绘制振动幅值和相位分布图。分析振动模态，识别潜在的谐振点和振动不均匀区域。添加图片...

2024 - 10 - 21

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