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Apr 14, 2024

3つのフルの比較

Scientific Reports volume 13、記事番号: 3261 (2023) この記事を引用 1385 アクセス 1 Altmetric Metrics の詳細 デジタル画像相関、偏向測定、およびデジタル ホログラフィーは、

Scientific Reports volume 13、記事番号: 3261 (2023) この記事を引用

1385 アクセス

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

デジタル画像相関、偏向測定、およびデジタル ホログラフィーは、近年成熟したフルフィールド光学測定技術の一部です。 振動音響用途でのそれらの使用が注目を集めており、ユーザーの広範なコミュニティと潜在的な将来のユーザーにこれら 3 つのアプローチの定量的および定性的評価を提供するために、その性能をカタログ化する必要があります。 この論文では、加速度計とレーザードップラー振動計によって提供される古典的な基準測定とともに、振動測定に関連した 3 つの光学的方法の実験的比較を示します。 この研究は、衝撃を受けたときにさまざまな振動応答を示す 2 つの機械構造について行われます。

陸上、海上、航空輸送などの多くの分野では、構造振動は機械的信頼性や騒音源と密接に関係しています。 振動は、機械的、音響的、空気力学的、磁気的などのさまざまな励起タイプによって発生する可能性があります。振動現象の理解は、一般に、実際の状況における励起から生じる振動場に対応する動作振動応答の分析を通じて行われます。 。 動作時の振動応答は、振動伝達経路の決定、構造のモーダル解析の実行、励振源の特定、または放射ノイズの予測に役立ちます。 したがって、振動場はこのようなアプリケーションの基本的な入力データとなります。 振動および構造音響用途では、対象となる振動波長は一般にセンチメートルからメートルの範囲にあります。 表面の全フィールド振動測定では、通常、適切な空間サンプリングを確保するために波長ごとに 6 ～ 10 点が必要となるため、大きな構造物では非常に多くのデータ点が必要になる可能性があります。 実験的な観点から見ると、多かれ少なかれ洗練されたいくつかのアプローチが振動場を提供する可能性があります。

加速度計は、その堅牢性、感度、広帯域幅、および高いダイナミック レンジにより、学術界および産業界で振動測定に最もよく利用されているセンサーです。 ただし、構造物に取り付けられている場所の振動場の点単位の測定値しか得られません。 したがって、振動データ ポイントの集合を取得するには、センサーを移動して測定を繰り返すか、センサーの数を増やす必要があり、セットアップ全体の複雑さが増します。 さらに、構造の動作は、加速度計の質量の追加や接続されたケーブルによる減衰の追加によって局所的に変更できます。 ほとんどのアプリケーションでは、構造が受ける摂動が十分に小さいように加速度計の質量が選択されます。 それにもかかわらず、加速度計は常に邪魔なものであり、軽量構造の場合はさらに邪魔になります。

レーザー技術と計測機器の大幅な進歩により、レーザードップラー振動計 (LDV) による非接触測定の開発が行われました。 基本原理は、測定表面の動きによる反射レーザー周波数のドップラー周波数シフトです。 したがって、レーザードップラー振動計は、ビーム方向に沿った速度測定を提供します1、2、3、4。 レーザー振動計の主な目的は、構造の表面に接触や侵入を行わずに振動場を測定することです。 さらに、走査型レーザードップラー振動計の開発により、検査対象の表面でデータ ポイントの集合を取得できる可能性が追加されました5、6、7、8。 この点に関して、以前の研究では、80 kHz までの 1 つのラインに沿った 256 ポイントのスキャン、1 つの CMOS センサーに関連付けられたホログラフィック光学素子の使用 (最大 100 kHz までの振動を測定 7)、周波数多重化 (20 ポイント) の使用が報告されています。 \(5 \times 4\) ビームを使用する8)、または 3 つの音響光学デバイスと 1 つの高速光検出器 (500 Msamples/s のレートで \(5 \times 4\) ビームを使用する 9) を使用します。 これらのアプローチでは、表面上のいくつかの点で一連の独立した測定が得られますが、同時測定の数は依然として制限されています。 多くの点での振動応答を取得するには、レーザードップラー振動測定では測定を繰り返す必要があるため、制御された反復可能な励振源を使用する必要があります。 近年、振動場の 3 つの成分すべてを測定するための走査型レーザー ドップラー振動計の 3D 拡張など、ロボット アームとの結合の可能性など、さまざまな進化が現れています10。 このようなツールは複雑な構造の振動解析には非常に強力ですが、高価です。