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.
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.
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.