transductores de vibracion
Páginas: 6 (1258 palabras)
Publicado: 30 de septiembre de 2014
VIBROMETRO LASER
El vibrómetro láser utiliza el efecto Doppler de la luz al reflejarse en una superficie que vibra para determinar el estado de vibración de ésta (frecuencias, velocidades y desplazamientos).
El Effecto Doppler en los vibrómetros láser
Si una onda es reflejada por un objeto en movimiento la frecuencia medida por un detector situado a 180º sufre un desplazamiento respectoa la frecuencia de la luz incidente determinada por la relación:
Donde v es la velocidad y λ es la longitud de onda incidente. Para poder determinar la velocidad del objeto, el desplazamiento Doppler ha de ser medido. Esto se hace mediante un vibrómetro láser y usando técnicas interferométricas.
Interferometría
El vibrómetro láser Doppler funciona sobre el principio de la interferometríaóptica, necesitando dos haces de luz coherente con intensidades I1 e I2 que han de solapar. La intensidad resultante no es solo la suma de las dos intensidades, sino que está modulada de acuerdo con la fórmula
Con el llamado “término de interferencia”. Esta interferencia está relacionada con la diferencia de camino entre los dos haces láser. Si la diferencia es un múltiplo de la longitud deonda, la intensidad es cuatro veces la intensidad de un solo haz. De la misma manera, la intensidad es cero si la diferencia de camino entre los haces es la mitad de la longitud de onda.
Montaje experimental
La imagen anterior muestra cómo este principio físico es utilizado en los vibrómetros laser.
El haz de un laser de helio-neon es separado por un beam-splitter (BS 1) en un haz dereferencia y un haz de medida. Después de pasar por un segundo beamsplitter (BS 2), el haz de medida se enfoca en el objeto que se está investigando, que lo refleja. Este has reflejado es deflactado hacia abajo por BS 2 (ver figura), es mezclado luego con el haz de referencia por un tercer beam splitter (BS 3) y es dirigido al detector.
Como la longitud óptica del haz de referencia es constante enel tiempo (a excepción de los efectos de expansión térmica que son despreciables) (r2 = const.), el movimiento del objeto que se investiga (r1 = r(t)) genera un patrón claro-oscuro en el detector (franjas) típicas de la interferometría. Un ciclo completo de claro-oscuro en el detector corresponde al objeto que se ha desplazado exactamente la mitad de la longitud de onda. En el caso de del laser deHe-Ne utilizado casi exclusivamente en los vibrómetros láser, corresponde a un desplazamiento de 316nm.
Cambiando el camino óptico en función del tiempo se mide el desplazamiento Doppler del haz de medida. Esto significa que la modulación en frecuencia del patrón de interferencia es directamente proporcional a la velocidad del objeto. Como el patrón de interferencia generado por un objeto que sealeja es igual a generado por un objeto que se acerca, este montaje no puede determinar la dirección en la que se mueve el objeto. Para este propósito se introduce un modulador acusto-óptico (celda de Bragg) en el haz de referencia, que desplaza la frecuencia de la luz 40 MHz (las frecuencia del láser es de 4.74 · 1014 Hz). Esto genera una modulación en frecuencia del patrón de 40 MHz cuando elobjeto está en reposo. Si el objeto se mueve hacia el detector, la modulación se reduce a valores menores de 40MHz y si se aleja del detector, la modulación aumenta a valores mayores de 40MHz. Así se puede medir no solo la amplitud del movimiento sino también determinar en qué dirección se mueve.
Desplazamiento o velocidad
En principio el vibrómetro láser puede medir directamente desplazamiento yvelocidad. En este caso, la frecuencia Doppler no se transforma en un voltaje proporcional a una velocidad, sino que el vibrómetro láser cuenta las franjas claro-oscuras en el detector. Usando técnicas de interpolación, algunos vibrómetros láser de Polytec llegan a una resolución de 2 nm y mediante técnicas de demodulación incluso llegar al rango del pm. La demodulación en desplazamiento el más...
El vibrómetro láser utiliza el efecto Doppler de la luz al reflejarse en una superficie que vibra para determinar el estado de vibración de ésta (frecuencias, velocidades y desplazamientos).
El Effecto Doppler en los vibrómetros láser
Si una onda es reflejada por un objeto en movimiento la frecuencia medida por un detector situado a 180º sufre un desplazamiento respectoa la frecuencia de la luz incidente determinada por la relación:
Donde v es la velocidad y λ es la longitud de onda incidente. Para poder determinar la velocidad del objeto, el desplazamiento Doppler ha de ser medido. Esto se hace mediante un vibrómetro láser y usando técnicas interferométricas.
Interferometría
El vibrómetro láser Doppler funciona sobre el principio de la interferometríaóptica, necesitando dos haces de luz coherente con intensidades I1 e I2 que han de solapar. La intensidad resultante no es solo la suma de las dos intensidades, sino que está modulada de acuerdo con la fórmula
Con el llamado “término de interferencia”. Esta interferencia está relacionada con la diferencia de camino entre los dos haces láser. Si la diferencia es un múltiplo de la longitud deonda, la intensidad es cuatro veces la intensidad de un solo haz. De la misma manera, la intensidad es cero si la diferencia de camino entre los haces es la mitad de la longitud de onda.
Montaje experimental
La imagen anterior muestra cómo este principio físico es utilizado en los vibrómetros laser.
El haz de un laser de helio-neon es separado por un beam-splitter (BS 1) en un haz dereferencia y un haz de medida. Después de pasar por un segundo beamsplitter (BS 2), el haz de medida se enfoca en el objeto que se está investigando, que lo refleja. Este has reflejado es deflactado hacia abajo por BS 2 (ver figura), es mezclado luego con el haz de referencia por un tercer beam splitter (BS 3) y es dirigido al detector.
Como la longitud óptica del haz de referencia es constante enel tiempo (a excepción de los efectos de expansión térmica que son despreciables) (r2 = const.), el movimiento del objeto que se investiga (r1 = r(t)) genera un patrón claro-oscuro en el detector (franjas) típicas de la interferometría. Un ciclo completo de claro-oscuro en el detector corresponde al objeto que se ha desplazado exactamente la mitad de la longitud de onda. En el caso de del laser deHe-Ne utilizado casi exclusivamente en los vibrómetros láser, corresponde a un desplazamiento de 316nm.
Cambiando el camino óptico en función del tiempo se mide el desplazamiento Doppler del haz de medida. Esto significa que la modulación en frecuencia del patrón de interferencia es directamente proporcional a la velocidad del objeto. Como el patrón de interferencia generado por un objeto que sealeja es igual a generado por un objeto que se acerca, este montaje no puede determinar la dirección en la que se mueve el objeto. Para este propósito se introduce un modulador acusto-óptico (celda de Bragg) en el haz de referencia, que desplaza la frecuencia de la luz 40 MHz (las frecuencia del láser es de 4.74 · 1014 Hz). Esto genera una modulación en frecuencia del patrón de 40 MHz cuando elobjeto está en reposo. Si el objeto se mueve hacia el detector, la modulación se reduce a valores menores de 40MHz y si se aleja del detector, la modulación aumenta a valores mayores de 40MHz. Así se puede medir no solo la amplitud del movimiento sino también determinar en qué dirección se mueve.
Desplazamiento o velocidad
En principio el vibrómetro láser puede medir directamente desplazamiento yvelocidad. En este caso, la frecuencia Doppler no se transforma en un voltaje proporcional a una velocidad, sino que el vibrómetro láser cuenta las franjas claro-oscuras en el detector. Usando técnicas de interpolación, algunos vibrómetros láser de Polytec llegan a una resolución de 2 nm y mediante técnicas de demodulación incluso llegar al rango del pm. La demodulación en desplazamiento el más...
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