LDV를 통한 정밀한 음향 및 초음파 측정
혁신적이고 정밀한 측정 기술을 통한 음향 및 초음파 측정
Laser-Doppler-Vibrometer (LDV)는 음향 및 초음파 분야에서 까다로운 작업을 위한 필수 도구입니다. 이 장비는 진동을 소리 발생의 원천, 즉 막이나 다른 움직이는 표면에서 직접 시각화합니다. 비접촉식 측정 원리는 정밀하고 고선형적이며 환경 영향에서 자유롭습니다.
Optomet의 레이저 진동계는 스피커 시스템 개발, 악기 제작, 초음파 센서, 마이크로폰, 휴대폰 및 초음파 소노트로드 개발, 소비재, 백색가전, 자동차 및 항공기 부품의 음향 설계, FE 모델 검증에 이르기까지 다양한 분야에서 입증되었습니다.
악기의 음향 최적화
Optomet의 레이저 진동계는 악기 제조업체가 음질, 내구성 및 디자인 특성을 고려하여 악기를 최적화하는 데 도움을 줍니다.
기존의 접촉 센서로는 악기 현을 조사하는 것이 거의 불가능합니다. 이는 센서를 현에 부착하기 어렵고, 가속도계와 같은 센서의 질량 부하가 측정 대상의 동적 행동을 왜곡하기 때문입니다. 이와 유사한 문제는 기타 및 현악기의 공명체와 피아노 및 그랜드 피아노의 공명판에서도 발생합니다.
Optomet의 Laser-Doppler-Vibrometer를 사용하면 물리적 접촉 없이 악기의 특성을 방해하지 않고 악기 개발 시 진동 진폭, 공명 주파수, 감쇠 및 재료 선택의 영향을 체계적으로 조사할 수 있습니다.
공명체의 진동 분석은 악기 몸체의 표면 진동을 인식하고 시각화할 수 있게 합니다. 진동 모드나 숨겨진 소리를 명확히 식별하고 주파수 스펙트럼에서 분류할 수 있습니다. 이를 통해 기타, 바이올린, 피아노, 드럼 및 다양한 악기의 독특한 소리를 명확히 분석할 수 있습니다.
추가적인 품질 평가 및 음향 특성화는 공명체를 통한 파동 전파의 시간적 경로를 명확히 결정하는 시간적 진동 분석입니다.
간섭계적 음장 측정
매체(예: 공기) 내에서의 음파 전파는 밀도의 공간적 및 시간적 변동을 초래합니다. 매체의 밀도에 따라 굴절률과 빛의 속도가 변하기 때문에, 음파로 인한 밀도 변화를 Laser-Doppler-Vibrometer로 시각화할 수 있습니다. 이 방법은 정밀하고 재현 가능한 결과를 제공하는 간섭계적 측정의 핵심 요소입니다.
이를 위해 측정할 음장을 통과하는 레이저 빔을 정적 백색 표면에서 샘플링하고 반사된 신호를 감지합니다. 진동계의 일반적인 응용과 달리 간섭계적으로 측정된 위상 차이는 반사 표면의 움직임이 아니라 밀도 변동에 의해 발생하는 진동계에서 반사기까지의 경로 시간 변동에서 비롯됩니다. 이러한 결과는 음장 분석 및 음장의 3차원 기하학 재구성에 중요한 역할을 합니다.
응용 예로는 초음파 변환기 및 스피커 개발을 위한 음장 측정이 있습니다. 음장의 3차원 기하학은 음장 단층 촬영으로 알려진 기법을 통해 재구성될 수 있습니다.
음향에서의 FEM: 시뮬레이션을 통한 정밀성
유한 요소 방법(FEM)은 복잡한 음장 및 진동 패턴의 정밀한 시뮬레이션을 위해 음향에서 중요한 역할을 합니다. FEM을 통해 공명 주파수와 진동 형태를 상세히 분석하고 최적화할 수 있습니다.
Optomet의 Laser-Doppler-Vibrometer는 실험 데이터를 제공하여 시뮬레이션을 검증함으로써 이 방법을 완벽하게 보완합니다. 이러한 조합은 스피커나 소노트로드와 같은 음향 부품의 효율적인 개발과 다양한 응용에서의 방음 최적화를 가능하게 합니다.
실용 예: 초음파 변환기
초음파 변환기는 비파괴 검사 방법이나 초음파 신호 발생기로 자주 사용됩니다. 이미지는 Optomet Laser Scanning Vibrometer로 측정한 발산 초음파 변환기의 음장을 보여줍니다.
진동 분석을 통한 초음파 용접
열가소성 플라스틱 및 얇은 금속 부품을 결합하기 위해 20 kHz 이상의 주파수를 가진 음향 초음파 진동이 사용됩니다. 여러 m/s의 진동 속도는 용융 과정에 필요한 에너지를 제공합니다.
Optomet의 단일 포인트 및 스캐닝 레이저 진동계의 최대 25 m/s 측정 범위는 복잡한 용접 과정에 대한 상세한 통찰력을 제공합니다. 사용자는 시뮬레이션 매개변수를 추정하고, 유한 요소 모델을 검증하며, 소노트로드 및 앤빌 디자인의 미세 조정에 기여할 수 있습니다.
32비트 디지털 신호 출력은 훨씬 더 큰 진폭 진동에 의해 겹쳐진 작은 진동도 시각화할 수 있게 합니다.
지속적인 작동에서도 SWIR 레이저 소스의 긴 수명은 Optomet 진동계를 최종 라인 검사 및 품질 관리, 공급업체로부터 조달한 압전 세라믹 검사에 이상적으로 만듭니다.
Optomet의 SWIR 진동계의 높은 신호 레벨은 반사율을 높이는 표면 처리를 불필요하게 만듭니다.
소노트로드 개선
Optomet의 스캐닝 레이저 도플러 진동계는 소노트로드의 전체 표면을 측정하고 변위 형태를 나타낼 수 있게 합니다. 특히 소노트로드의 가장자리에서 높은 진폭의 원치 않는 진동 모드가 발생할 수 있으며, 이는 용접 결과에 상당한 영향을 미칩니다.
이러한 문제의 원인과 출처는 진동계를 통해 효율적으로 식별할 수 있습니다. 유한 요소 모델의 검증은 초음파 공정 및 장비의 체계적인 개선을 견고한 기반 위에서 가능하게 합니다.
