Medición precisa de acústica y ultrasonido con LDVs
Mediciones acústicas y de ultrasonido con tecnología de medición innovadora y precisa
Los vibrometros láser Doppler (LDV) son herramientas indispensables para trabajos exigentes en el ámbito de la acústica y el ultrasonido. Hacen visibles las vibraciones directamente en la fuente de generación de sonido: en una membrana u otra superficie en movimiento. Su principio de medición sin contacto es preciso, altamente lineal y libre de influencias ambientales.
Los vibrometros láser de Optomet han demostrado su eficacia en el desarrollo de sistemas de altavoces, la construcción de instrumentos musicales, el desarrollo de sensores ultrasónicos, micrófonos, teléfonos móviles y sonotrodos ultrasónicos, así como en el diseño acústico de bienes de consumo, electrodomésticos, componentes de automóviles y aviones, o en la validación de modelos FE.
Optimización del sonido de instrumentos musicales
Los vibrometros láser de Optomet apoyan a los fabricantes de instrumentos musicales en la optimización de la calidad del sonido, durabilidad y características de diseño de los instrumentos.
El estudio de las cuerdas de instrumentos es prácticamente imposible con sensores de contacto convencionales, ya que es difícil colocarlos en las cuerdas. Además, la carga de masa de los sensores como acelerómetros distorsionaría el comportamiento dinámico del objeto de medición. Un problema similar se presenta en los cuerpos de resonancia de guitarras e instrumentos de cuerda, así como en las tablas armónicas de pianos y pianos de cola.
Con los vibrometros láser Doppler de Optomet, se pueden investigar sistemáticamente las amplitudes de vibración, frecuencias de resonancia, amortiguamiento y los efectos de la elección de materiales en el desarrollo de instrumentos musicales, sin necesidad de contacto físico y, por lo tanto, sin influir en las propiedades del instrumento.
El análisis de vibraciones de cuerpos de resonancia permite la detección y visualización de vibraciones superficiales en el cuerpo de un instrumento. Los modos de vibración o sonidos ocultos pueden identificarse claramente y clasificarse en el espectro de frecuencias. Esto permite un análisis claro del sonido único de guitarras, violines, pianos, tambores y muchos otros instrumentos.
Una evaluación adicional de calidad y caracterización del sonido es el análisis temporal de vibraciones, donde se determina claramente la propagación temporal de las ondas a través del cuerpo de resonancia.
Medición interferométrica de campos sonoros
La propagación de ondas sonoras en un medio (por ejemplo, aire) provoca una fluctuación espacial y temporal de la densidad. Dado que el índice de refracción y, por lo tanto, la velocidad de la luz cambian con la densidad del medio, los cambios de densidad causados por las ondas sonoras pueden hacerse visibles con el vibrometro láser Doppler. Este método es un componente central de la medición interferométrica, que proporciona resultados precisos y reproducibles.
Para ello, el haz láser que atraviesa el campo sonoro a medir se escanea en una superficie blanca estática y se detecta la señal reflejada. A diferencia de las aplicaciones típicas de la vibrometría, las diferencias de fase medidas interferométricamente no resultan del movimiento de la superficie reflectante, sino de la variación del tiempo de tránsito desde el vibrometro al reflector y de regreso al dispositivo de medición, causada por las fluctuaciones de densidad. Estos resultados juegan un papel crucial en el análisis del campo sonoro y la reconstrucción de la geometría tridimensional del campo sonoro.
Ejemplos de aplicación son la medición del campo sonoro para el desarrollo de transductores ultrasónicos y altavoces. La geometría tridimensional del campo sonoro también puede reconstruirse con métodos tomográficos, una técnica conocida como tomografía de campo sonoro.
FEM en acústica: Precisión a través de la simulación
Los métodos de elementos finitos (FEM) juegan un papel central en la acústica para la simulación precisa de campos sonoros complejos y patrones de vibración. Con la ayuda de FEM, se pueden analizar y optimizar en detalle las frecuencias de resonancia y las formas de vibración.
Los vibrometros láser Doppler de Optomet complementan perfectamente este método al proporcionar datos experimentales que permiten validar las simulaciones. Esta combinación permite el desarrollo eficiente de componentes acústicos como altavoces o sonotrodos y la optimización del aislamiento acústico en diversas aplicaciones.
Ejemplo práctico: El transductor ultrasónico
Los transductores ultrasónicos se utilizan frecuentemente en pruebas no destructivas o como emisores de señales ultrasónicas. La imagen muestra el campo sonoro de un transductor ultrasónico divergente, medido con un Optomet Laser Scanning Vibrometer.
Soldadura ultrasónica mediante análisis de vibraciones
Para unir termoplásticos y piezas metálicas delgadas, se utilizan vibraciones ultrasónicas acústicas con frecuencias de 20 kHz o más. Velocidades de vibración de varios m/s proporcionan la energía necesaria para el proceso de fusión.
El rango de medición de hasta 25 m/s de los vibrometros láser de punto único y de escaneo de Optomet ofrece una visión detallada del complejo proceso de soldadura. Permiten a los usuarios estimar parámetros de simulación, validar modelos de elementos finitos y contribuir al ajuste fino del diseño de sonotrodo y yunque.
Una salida de señal digital de 32 bits hace visibles las vibraciones más pequeñas, incluso si están superpuestas por vibraciones de amplitud mucho mayor.
La larga vida útil de la fuente láser SWIR incluso en operación continua hace que los vibrometros de Optomet sean ideales para la prueba de fin de línea y control de calidad, así como para la inspección de piezocerámicas adquiridas de proveedores.
Los altos niveles de señal de los vibrometros SWIR de Optomet hacen innecesario un tratamiento superficial que mejore la reflexión.
Mejora de sonotrodos
Los Vibrómetro Doppler Láser de Barrido de Optomet permiten medir toda la superficie de un sonotrodo y representar las formas de desplazamiento. Especialmente en el borde del sonotrodo, pueden surgir modos de vibración no deseados con alta amplitud que tienen un impacto significativo en el resultado de la soldadura.
La causa y el origen de tales problemas pueden identificarse eficientemente con la ayuda de la vibrometría. La validación de modelos de elementos finitos permite una mejora sistemática del proceso ultrasónico y del equipo sobre una base sólida.
Medición de vibraciones en investigación, desarrollo e industria: Optomet ofrece la solución adecuada para sus requisitos.
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