Principle of vibrometer

정의 (Definition)

비접촉식 레이저 도플러 진동측정장비(LDV)는  헬륨-네온 레이저를 이용하여 측정대상의 속도와 변위를 측정하는 장비다.

측정 시스템(Measurement System)

• 측정 원리(Principle of the measurement)

 LDV는 측정대상의 일부에서 반사되는 간섭성 레이저 빔의도플러 편이를 탐지하며 그러한 도플러 주파수 편이는 레이저빔 축에 편재되어 있는 속도 성분을 측정하 는데 이용된다. 즉 LDV는 경로를 달리하는 두 빔 간의 위상차이를 탐지하는 간섭 장치로 하나의 빔은 대상물에 초점이 맞춰져 있으며 간섭계 뒤로 빛이 반사되며 또 다른 빔은 Bragg Cell을 통해 증폭되어 위상차이를 가능하게 한다. LDV에 사 용되는  nterferometer(Heterodyne)는 직접적인 정보를 제공하는 FM캐리어를 만들고 변위를 발생시키는 역할을 한다.

• 신호 분석(Signal Processing)

LDV는 간섭계의 한쪽 광 경로에 음향광학 모듈레이터(Bragg Cell)를 장착한 헤테로다인 간섭계를 사용한다. 그리고 이것은 음향광학 모듈레이터 드라이브 신 호의 센터 주파수와 동일한 고주파의 FM캐리어를 생성한다. 방향적으로 민감한 도플러 정보는 RF캐리어에 포함되어 있으며 측정대상의 속도에 따라, 센터 주 파수에 대한 주파수 편이의 신호와 양은 변화한다.

• 속도 해독(Velocity Decoding)

RF검출기신호는 변화하는 local oscillator 주파수로 혼재되어 있으며 이러한 주파수는 속도해독을 위해 디모듈레이션을 거쳐야 한다. 디모듈레이션은 크게 PLL(Phase locked loop)기술과 동시발생 디모듈레이션 기술로 나누어지며, 우수한 실행효율을 얻기 위해 두 가지 해독기술을 혼용하기도 한다. 현재 Polytec의 LDV에 채택된 기술은 디지털 디모듈레이션으로써 지속적인 사인과 코사인의 진폭을 제공할 수 있는 정방형의 oscillator를 이용하여 캐리어를 하향 혼합한다. (ISO16063-11 Standard로 채택됨)

• 변위 해독(Displacement Decoding)

변위란, 물체의 표면 움직임이 빔의 전체적인 통로 길이를 변화시킴으로써,

Detector에서 얻어지는 위상변화(Phase change)를 일컫는다. Polytec의 LDV 에 채택된 변위 측정기술은 Fringe Counting 방식이다. 즉, 레이저 파장길이(헬륨- 네온 레이저용/2 =316nm)를  절반으로 하는 변위는 360정도에서 변동률이 변 화한다. 따라서 Zero-crossing 또는 프린지를 계산함으로써 레이저 진동장비는 대상물의 이동거리와 주기적 파장길이의 증가를 측정한다. 디지털 정보는 D/A 컨버터에서 전압과 표면 변위에 따른 시간 분해능으로 변환된다.