3D扫描振动测定法：水下测量的淹没表面

在某些应用中，振动测量必须在水下进行。一些领先的例子是用于国防应用的声纳传感器和用于诊断的超声波医疗换能器。

在水下进行的另一类测量是比例模型表征，例如用于潜艇或海洋开发。本文概述了浸入水中以进行以后的仿真模型验证时，振动样品的振动特性的特定变化。

选择一条简单的金属梁作为模型测试对象。附着在样品上的轻巧的小型压电盘会激发振动。无需接触即可分析样品的整个振动行为 3D激光多普勒扫描测振仪PSV-500-3D.

初始测量在空气中进行，然后将样品浸没，然后以完全相同的激发和设置重复进行测量。在这方面，可以容易地观察到由浸入产生的变化。

实验装置

宝力达提供了两种型号的干涉仪，旨在解决 不同的应用领域。

第一个是Xtra系列，配备了红外激光源。  选择其1,550 nm的波长是因为 它以10 mW的输出功率工作，因此对于某些测量（例如对于低反射率）提高了信噪比 距离较大的目标或表面。

操作对眼睛安全(laser class 1) because 1,550 nm波长的光在水中被非常强烈地吸收，并且没有到达眼睛的视网膜。 限制显然是通过 水是不可能的。

第二个模型系列配有633 nm红色氦氖荧光激光源。该波长下的输出功率必须限制为1 mW，才能保持在安全的2类激光器中。在633 nm处，水中激光功率的衰减非常低，这使其成为水下振动测量的理想设备。

部署了三个扫描头进行3D测量。软件控制的叠加 DUT上的三个激光焦点，可提取 X，Y和Z振动向量在 每个测量点。

宝力达'的PSV-500-3D扫描振动仪显示在 图1，用于识别被测设备的结构动力学(DUT) in 3D.

图1。 宝力达 PSV-500-3D扫描振动计.

被测件是长度为150 mm，横截面为12 x 12 mm的基本铝制梁(shown in 图2)。使用小型压电盘施加振动激励(PI Ceramic，PRYY系列)，仅0.2毫米厚，直径10毫米。使用标准的即时胶将此磁盘粘贴到表面上。

如果电导率不太高且电压适中，则也可以在水下进行激励。出于安全原因，施加了一层电绝缘的传统家用胶水，并将电压限制为40V。DUT首先放置在空的玻璃盆中，并用软橡胶阻尼器支撑。

用的测量 3D扫描振动计 是通过盆玻璃制成的’的侧壁。然后，将盆方便地装满蒸馏水，以进行水下测量。

本质上，整个设置保持不变 除了水的存在。图3 用入射的红色激光束和填充的水盆演示整个设置。

图2

图3

实验结果

图4显示了所选的共振偏转形状。

左侧给出了在空气中的测量值，右侧给出了在水中的等偏转形状。不难看出，出现了相同的形状，但频率不同。

图4

深入研究数据会概述由于周围水的存在而产生的差异。图5和图6显示了每次测量的平均光谱，分别在水中和在空气中。

将样品浸入水中时发生的差异是：

• 共振频率的降档达到峰值。
• 阻尼的大幅增加，被视为峰的临界扩展。

图5和6

尽管共振偏转形状基本保持不变，但它们的共振频率在水中比在空气中要小。

The damping is significantly higher in water, which seems reasonable, of course. It is intriguing to 没有te that the 长itudinal resonance deflection shape (图4的最低行)包含最小的降频，另外阻尼最小。

很有可能，这可以通过以下事实来解释：仅杆的较小的后表面和前表面需要向周围的水施加压力。整个(long)在所有横向共振中，杆的表面必须输送水，因此产生了更大的效果。

要全面涵盖调查，应该说平面外振幅的绝对值必须除以水的折射率(around 1.3)，而平面内组件继续保持不变。(这是对小入射角的估计。)

该校正对幅度的绝对值有轻微的影响。在这种情况下，可以忽略其对挠曲形状的一般形式的影响。

折射率的校正

上面概述的测量结果表示原始值。如果绝对大小是测量的目标，则在水中测量时必须包括水的折射率。该计算特别容易，并且对于小角度，只能将其应用于平面外组件：

If …

v_w ：水中的平面外速度

v_za：空气中的平面外速度

n_w：在水中的折射率(n_w = 1.33 @ 20°C)

v_w = v_za / n_w

结论

测量的安排意味着只有周围的水’的影响作为铝梁结构动力学的影响参数进行了分析。当比较水和空气中的测量结果时，周围水的影响变得明显。

当共振偏转形状相似时，当样品浸入水中时，它们的频率会向下移动到较低的值，并且其阻尼会显着增加。

扫描振动计是一种简单快速的工具，可用于在水下进行振动表征。利用HeNe来源的功能 PSV-500-3D扫描振动计，已证明可以在水下进行测量。

此信息已从Polytec提供的材料中获取，审查和改编。

有关此来源的更多信息，请访问 宝力达.