激光扫描测振仪.
- 全场测量： 自动扫描多达 512 × 512 个测点，测量面积范围从 < 1 mm² 到 > 10 m²。
- 非接触式分析： 不会给被测对象增加额外质量，适用于敏感、高温或运动表面。
- 测量范围： 频率带宽为 0 Hz 至 50 MHz，振动速度最高可达 50 m/s。
- 数据传输： 通过 Ethernet 进行数字传输，或通过模拟输出端传输。可使用 SMART Lab 软件进行分析和可视化，也可集成到现有系统中。
- 可视化： 以 1D 或 3D 形式呈现模态分析、振型和模态振型。
什么是激光扫描测振仪？
激光扫描测振仪以非接触方式依次测量被测对象上多个点的振动。为此，激光束会沿预先定义的测量网格自动扫描，并在每个测点采集速度、位移和加速度数据，从而完整呈现部件的振型——从局部共振到整体模态。
当需要分析振动的空间分布时，例如进行模态分析、NVH研究或数值模型验证，便可使用扫描式测振仪。纯光学测量不会对被测对象产生影响，也不会像加速度传感器或其他接触式传感器那样引入额外质量。因此，系统的固有频率完全不受影响。
测量不受表面特性影响，也适用于温度极高的部件，例如试验台上高温运行的发动机和传动系统部件。
对比：扫描式测振仪与单点测振仪
 |  | |
|---|---|---|
| 测量原理 | 自动扫描包含多个测点的区域，以生成完整振型。 | 测量指定点沿激光轴方向的振动。 |
| 定位方式 | 无需重新定位——通过集成式偏转镜引导激光束扫描整个测量区域。 | 测量其他点时需要重新定位。也可使用多个单点测振仪或光纤探头作为替代方案。 |
| 空间信息 | 根据系统配置提供2D或3D信息。 | 1D信息（沿单一轴向的速度、位移和加速度）。 |
| 典型应用 | 全场振动分析、模态分析以及复杂结构研究。 | 对机械、工具、建筑结构或质量检测中的零部件进行单点测量。 |
使用激光扫描测振仪进行测量的流程
以 Optomet SMART Scan+ 为例，面式振动测量的典型流程可分为三个步骤。该扫描式激光测振仪将测量技术、数据采集、信号生成和参考通道集成于一体。配套的测量与分析软件 SMART Lab 可辅助完成测量设置，实现数据自动采集，并可直接分析测量结果。
搭建系统
将扫描式激光测振仪置于被测对象前方，并对准测量区域。内置摄像头可在设备背面的触摸显示屏上呈现实时图像，便于对准和聚焦。SMART Lab 可引导用户完成校准。测振仪、数据采集模块、信号发生器和参考通道均已集成在设备中，因此系统可快速进入测量状态。
智能定义测量区域
在 SMART Lab 中，可直接在导入的 3D 模型上选择测量区域。通常只需点击所需部件（例如车门）即可。软件会自动生成均匀分布的测量网格，即使面对复杂曲面，也能与其轮廓精确贴合。此外，也可直接在摄像头图像中定义测量区域。
自动测量与分析
启动后，激光束会自动依次定位至所有测点，采集已有振动或有针对性激励产生的振动。测量信号与参考信号将进行同步和空间映射。SMART Lab 可即时以频谱、频率响应和动态振型的形式呈现结果。借助模态分析选项，还可确定固有频率、阻尼和模态振型。
相较传统传感器的优势
 | | |
|---|---|---|
| 测点密度 | 需要大量独立传感器；空间覆盖范围有限 | 自动扫描数百至数千个测点，实现高空间分辨率 |
| 复杂几何形状 | 在难以接近的位置应用受限 | 也可测量复杂结构，并获取精细的模态振型 |
| 测量时长 | 大量独立传感器导致搭建过程复杂且测量耗时较长 | 通过自动扫描，面式测量通常可在约一小时内完成 |
| 表面预处理 | 需要粘接、螺钉连接或机械固定 | 无需进行表面预处理；全程非接触 |
| 对固有频率的影响 | 会影响振动特性 | 不会影响振动特性 |
| 可测频率范围 | 通常仅限于数 kHz 至数十 kHz | 最高 50 MHz（SMART Series），最高 25 MHz（CLASSIC Series） |
参考信号与测点同步
激光扫描测振仪按顺序采集测量网格中的各个点。为了据此生成相位准确的空间振动图，所有测量都需要采用统一的时间基准。该基准可由参考传感器提供，也可直接由集成信号发生器的同步信号提供。
通过集成信号发生器提供参考信号
使用 SMART Scan+ 的集成信号发生器，通过激振器或压电致动器对被测对象进行可重复激励时，激励信号的时域变化是已知的。发生器信号可直接用作相位参考，因此无需外部参考传感器，即可将各扫描点合成为相位准确的振型。
该方法尤其适用于快速振动可视化和对比研究。但由于发生器信号并不等同于实际施加的机械力，因此无法获得以力为输入的频率响应函数。
用于定量分析的实测参考信号
在定量实验模态分析中，使用安装在激振器上的力传感器或带测力功能的冲击锤采集实际激励力。每个测点的振动响应均以该激励力为基准，由此得到机械频率响应函数，从而可靠地确定固有频率、阻尼和模态参数。
在工作振动测量中，也可使用固定安装的加速度传感器、麦克风或另一台激光多普勒测振仪作为相位参考。即使激励未知，也能呈现相位准确的工作变形振型，即 ODS。
使用或不使用参考传感器
激光扫描测振仪既可搭配参考传感器使用，也可在无参考传感器的情况下运行。根据分析目标，可选择相应的测量方法，以获得精确定义的模态参数，或直接采集真实工况下的振动。
无参考信号测量
如果只需获取各测点的振幅、频谱或 RMS 值，则完全无需参考信号。此时，扫描结果可显示振动较强或较弱的位置，但无法据此重建相位准确的空间振型。
一体化测量与激励平台
SMART Scan+ 将扫描测振仪、数据采集、信号生成以及多达 12 个参考通道集成于一个紧凑型系统中。力传感器、加速度传感器和麦克风均可直接连接；系统可自动识别 TEDS 传感器。若要实现完全非接触式参考测量，还可选配光纤耦合测量头。
根据具体配置，一台 SMART 设备最多可提供 8 个可独立配置的任意波形发生器通道。每个通道的波形、频率、幅值和相位均可单独设定，也可满足高数据速率的高频激励需求。因此，既可实现简单的单通道激励，也可开展相位精确定义的复杂多通道试验。
SMART Lab 将所有发生器通道、测振仪通道和参考通道同步整合到统一的时间基准下。通过连接多台 SMART 设备，可模块化扩展测量通道和发生器通道。以往需要独立信号发生器、DAQ 系统和同步硬件才能完成的任务，现在可通过一个一体化平台实现，不仅部署更快、扩展更灵活，还可进行集中操作。
EMA – 实验模态分析
在实验模态分析 (EMA) 中，需要使用参考信号。激励以受控且可重复的方式施加，例如使用模态锤、激振器或压电致动器。参考信号作为固定的相位、时间和幅值基准，可将各测点的数据按准确相位合并。
EMA 可实现：
- 精确的频率响应函数 (FRFs)
- 准确确定固有频率和阻尼值
- 清晰、可复现的振型
- 针对性激励单个模态
- 可控且可重复的测量条件
OMA – 运行模态分析
在运行模态分析 (OMA) 中，没有明确的激励参考信号可用。结构在实际运行条件下受到激励，例如风、机器运行、交通载荷或气动效应。由于这些激励并非确定性信号且无法复现，因此不能使用激励参考通道。取而代之的是，根据运行过程中测得的结构响应来识别模态参数。
OMA 适用于：
- 实际运行条件下的振动分析
- 无法进行人工激励的大型结构
- 无法实施受控激励或力测量的应用场景
- 分析实际运行中的真实动态特性
参考信号类型
进行扫描测量时，可连接多种参考传感器。它们采集施加的激励或由此产生的运动，并作为所有测点的共同参考。
加速度传感器
（例如 IEPE 或 TEDS 传感器）
力传感器
（例如模态力锤的力传感器）
非接触式参考通道
（例如额外的测振仪或 Fiber Head）
内置信号发生器
（集成于 Optomet 扫描式测振仪）
从 1D 扫描到 3D 扫描
借助模块化 Optomet SMART 系列灵活扩展
Optomet SMART 系列采用模块化设计，可灵活扩展。最初用于一维扫描测量的系统，日后可升级为完整的 3D 扫描测振仪。升级时，现有组件可继续保留在系统中，只需增配 SMART 系列的设备和组件即可。
-3--w3840.webp?2026-08-11T09%3A33%3A04.636Z)
这种模块化方案支持从紧凑型 1D 系统起步，并可随着新增测量任务逐步扩展功能。系统能够随需求同步升级，长期保持灵活的适应能力。
科研与工业领域的典型应用
激光扫描测振仪广泛用于各类领域的全场振动分析，可用于研究复杂结构、确定振型与固有频率，以及分析真实运行条件下的振动。
典型应用：
- 模态分析 – 确定固有频率、振型和阻尼值
- NVH 测试 – 分析车辆及其零部件中的噪声与振动影响
- 航空航天 – 对机翼、机身舱段或发动机部件开展结构动力学研究
- 机械工程 – 对机械、齿轮箱、泵和旋转系统进行振动分析
- 风洞 - BMW 的新风洞采用 Optomet 激光多普勒测振仪采集气动载荷下的振动。
Optomet 扫描式激光测振仪
Optomet 提供一系列适用于不同测量需求的扫描式激光测振仪——从紧凑型 1D 系统到完全集成的 3D 解决方案。这些设备在配置、频率范围和功能上各有不同
验证流程中的扫描式测振仪
对 FEM 模型验证是确保仿真能够准确反映部件真实动态特性的关键步骤。 激光扫描测振仪可为此提供全场振动数据，可直接与 FEM 结果进行对比。在此过程中，可检验振型、固有频率和阻尼，并识别模型与实际情况之间的偏差。
验证过程主要包括以下步骤：
- 对比仿真 (FEM) 与实际测得的振动数据
- 检验振型、固有频率和阻尼
- 核对边界条件、材料参数和刚度
- 验证 FEM 模型能否反映部件的真实动态特性。
- 识别并评估模型与实际情况之间的偏差
为何这一比对至关重要？
实验验证可以检验 FEM 模型反映部件真实动态特性的可靠程度。通过对比固有频率、振型和阻尼，可以识别偏差并有针对性地调整模型参数，从而提高预测精度、加快开发进程，并减少耗时费力的迭代循环。
借助 Optomet SMART Lab 实现理想工作流程
SMART Lab 为整个验证过程提供支持，将仿真与测量统一到一致的坐标系中。3D-FEM 模型可直接导入，测量点可自动布置到 FEM 节点上，并可即时呈现偏差。
为此，SMART Lab 提供以下功能：
- 将 3D-FEM 模型（例如 NASTRAN）直接导入软件
- 测量直接在 FEM 节点上进行，扫描点可自动匹配
- 无需手动匹配，即可将所有测量点精确布置到仿真节点上
- 为仿真数据与实际测量数据采用一致的坐标系
- 快速识别仿真与测量之间的偏差（模态、频率、阻尼）
验证的优势：
- 只有经过验证的 FEM 模型才能提供可靠的预测结果
- 通过与实际测量数据对比来优化 FEM 模型
- 缩短开发周期
- 减少设计迭代次数
集成到自动化及试验台环境中
激光扫描测振仪可轻松集成到现有试验台、自动化环境或测量链中。通过开放式接口，所有测量数据均能以数字和模拟形式提供，并可由上位系统直接处理。
接口与集成选项：
- Ethernet 接口，用于以数字方式传输速度、位移和加速度数据
- 模拟输出通道，可直接集成到现有 DAQ 硬件中
- 开放式控制与数据协议，用于自动化流程和外部触发
- 灵活运行于半自动或全自动测量系统中
得益于数字与模拟接口的结合，该测振仪既可作为独立测量系统运行，也可作为自动化整体设备的一部分使用。
本节将解答有关测量时长、测点密度、表面、参考信号、软件、激光光源以及集成到现有测量和自动化环境等方面的常见问题。
FAQ: 激光扫描测振仪
扫描式测振仪与单点测振仪有何区别？
一台单点测振仪沿激光轴测量单个点的振动。
扫描式测振仪可自动将激光引导至多个测量点，并据此生成面域振型，从而直观呈现模态振型、固有频率以及振动的空间分布。
能否测量 3D 振动？
可以。Optomet 使用一套由三台扫描式测振仪组成的系统进行三维振动分析，三台仪器共同构成3D 扫描单元，协同工作。每台测振仪分别从不同方向测量振动。三个系统在时间上保持同步，测量点相互匹配，并在测量过程中交换相关的控制信号和参考信号。
系统根据每个测量点采集的三个速度分量，计算出 X、Y 和 Z 方向上的完整运动，从而精确呈现复杂的 3D 模态振型和空间运动方向。
扫描式测振仪采用哪个激光等级？
Optomet 扫描式测振仪采用对人眼安全的激光光源。
SWIR 波段 (1550 nm) 的不可见测量激光被归为1 类激光 (< 10 mW)，无需佩戴防护眼镜。 部分系统也可选用可见光 HeNe 测量激光器 (632,8 nm)，该激光器被归为 激光等级 2 (< 1 mW)，同样对眼睛安全。此外，还使用可见光指示激光器进行对准，其同样属于激光等级 2 (< 1 mW)。所有使用的激光光源在正常测量模式下均安全，其具体参数请参见相应设备的技术数据表。
使用哪些激光光源？
Optomet 会根据具体应用采用不同的激光光源。标准配置采用 SWIR 激光器 (1550 nm)，其光学灵敏度高，且无需进行表面预处理。根据应用领域，也可选用 可见光 HeNe 激光器 (632,8 nm)。激光光源的具体选择将在技术沟通过程中确定。
各测量点是同时测量还是依次测量？
扫描式测振仪原则上会对各测量点进行依次测量。激光束会自动沿预设的测量网格移动，并逐点单独采集。随后，通过参考信号对不同时刻完成的各次测量进行相位校准与关联，从而生成完整的振型。
在 Full Body Scan 中，多台扫描式测振仪并行工作。.
每台设备仍会对其测量点进行顺序测量，但各台测振仪会同时采集被测对象的不同区域。随后，SMART Lab 会在空间和时间维度上整合所有测量点。
- 单台扫描式测振仪：依次测量各个测量点。
- Full Body Scan（多台测振仪）： 多个顺序扫描并行运行并保持同步。
如何对部件进行激励？
部件的激励方式取决于测量方法和测试目的。为了产生设定明确且可重复的振动，通常使用主动激励源，例如激振器、模态力锤或压电致动器。在贴近实际工况的测量中，也可以通过真实环境因素激励结构，例如电机运行、风力或过程力。
典型激励方式：
- 模态力锤，用于脉冲激励
- 激振器，用于设定明确、频率可变或宽带激励
- 压电致动器，用于高频或局部激励
- 声场（例如扬声器），用于声学激励
- 实际运行工况，用于研究负载下的特性
- 内置信号发生器（配备于 Optomet 扫描式测振仪），作为设定明确的集成式激励源
测量是否需要专用软件？
扫描式测振仪可使用 SMART Lab 或 OptoSCAN 这一全套集成软件解决方案，将测量网格、设备控制和数据分析融为一体。
不过，并非必须使用该软件： 所有测量数据也可通过数字或模拟接口输出，并在任意外部分析环境中进一步处理。
使用方式：
- SMART Lab / OptoSCAN / OptoGUI，用于全面控制、可视化和分析
- 外部软件（例如 MATLAB、LabVIEW、Python、FEM 工具或客户定制解决方案），通过开放式数据和控制接口接入
- 模拟或数字原始数据输出（例如速度、加速度、位移），可直接进行后续处理
因此，该测振仪既可作为完整的一体化测量解决方案使用，也可灵活用作现有分析或自动化系统的数据源。
扫描式测振仪能否集成到自动化环境中？
扫描式测振仪可通过开放式接口集成到自动化测试台和现有测量链中。测量数据既可以数字形式提供，也可以模拟形式提供，并可直接传输至外部系统。
接口与集成：
- 千兆以太网，用于传输数字测量数据和控制指令
- 模拟输出，用于输出速度、加速度或位移
- 外部触发，用于同步测量流程
- 开放式数据格式，便于在客户定制系统中进行后续处理
- 兼容自动化流程，例如测试台或产线终端检测应用
因此，该测振仪既可作为独立测量系统运行，也可作为整套自动化设备的一部分运行。
一次典型扫描需要多长时间？（包括每秒测点数）
扫描测量所需的时间取决于多种因素，例如所需的频率分辨率、测点数量以及待测振动频率。若要快速获取概览，可按最高每秒 50 个测点的速度扫描被测对象。
设置多少个测点合适？
所需的测点数量取决于待分析模态的空间复杂程度。频率越高，波长越短，节线越多，因此需要更密集的空间采样，才能准确捕捉振型。
最多可采集多少个测点？
SMART 扫描式测振仪可在指定测量区域内采集多达 512 × 512 个测点。因此，即使是复杂结构，也能得到全面的高分辨率分析。
测量时是否需要使用反射膜？
不需要。Optomet 扫描式激光多普勒测振仪采用 SWIR 激光器，无需使用反射膜即可实现可靠测量，即使面对深色或粗糙表面也不例外。凭借高灵敏度和强劲的后向散射信号，系统能够获得稳定且较高的信噪比，即使在严苛的测量条件下亦是如此。
测振仪与被测对象之间最远可以相距多远？
扫描式测振仪适用于宽广的测量距离范围。根据测量配置和对象尺寸，可采用以下工作距离：
- 最远 100 m的标准扫描应用工作距离——非常适合大型结构或难以接近的被测对象。
- 最小工作距离约为 6.5 mm，适用于采集微小对象或精细细节。
因此，根据所配光学系统，该系统既能在仅数毫米的近距离下进行测量，也能在最远 100 m 的距离下完成测量。
能否将 FEM 模型与测量数据进行对比？
可以。Optomet 软件 SMART Lab 支持导入3D 模型。用户可以加载 FEM 几何模型，并将测量点精确布置在 FEM 节点位置。由此可精准对比测量数据与仿真结果，从而高效验证和优化 FEM 模型。
可测量的部件尺寸范围是多少？
一台 Optomet 扫描式激光测振仪即可覆盖极广的尺寸范围：
- < 1 mm² 的微小结构，例如 MEMS 器件
- > 10 m² 的大型对象，例如外壳、机械零件或其他大型部件
借助 Optomet SMART 系列，还可将多台扫描式测振仪进行同步联网。因此，还可实现对整车或整机飞机进行测量（“全机身振动测量”）。
可测量哪些频率？
仅需一台设备即可测量DC 至 50 MHz 的频率均可测量——既适用于低速振动，也适用于超高频动态过程。