Ingenieure, die mit automobilen Innenraumkomponenten, Dämpfungsmaterialien, porösen Auskleidungen, Schäumen und polymerbasierten Strukturen arbeiten, kennen die Herausforderung gut: Oberflächen mit geringem Reflexionsgrad verursachen oft Probleme mit der Signalqualität in der optischen Vibrometrie.
Dieser Artikel untersucht, ob Ommatidia’s Q2 Laser Doppler Vibrometer, ein Mehrkanal-LDV, basierend auf kohärenter Frequenzmodulierter Dauerstrich-Messung (FMCW), Schwingungen auf einer schwarzen, porösen Automatten zuverlässig erkennen kann. Das Material gehört zu den schwierigsten Oberflächen, die bei der berührungslosen Schwingungsprüfung auftreten, was es zu einem relevanten Maßstab macht für NVH-Ingenieure, Spezialisten für Innenraumakustik, Validierungslabore und Tier-1/Tier-2-Zulieferer, die strukturelle oder akustische Qualifizierungen durchführen.
Warum Oberflächen mit geringem Reflexionsgrad die optische Vibrometrie vor Herausforderungen stellen
Dunkle, poröse Materialien, die typischerweise in Automobil-Bodensystemen und Innenverkleidungen verwendet werden, liefern aufgrund von Lichtabsorption und komplexer Streuung schwache optische Rücksignale. Bei der Verwendung eines scannenden Laser-Doppler-Vibrometers äußert sich dies typischerweise als:
- Geringe Rücklaufintensität
- Instabile Phasenwerte
- Aussetzer während der dynamischen Anregung
- Schwierigkeiten beim Erfassen von Bewegungen mit geringer Amplitude
Diese Probleme treten auf, weil poröse Materialien die Laser-Rückstreuung stören und die für eine zuverlässige interferometrische Messung erforderliche Kohärenz beeinträchtigen. Für NVH- und Strukturakustik-Teams, die sich auf Schwingungssignaturen verlassen, um die Dämpfungsleistung, lokale Resonanzen oder das Verhalten von Komponenten zu bewerten, schränkt ein schlechtes Reflexionsvermögen oft ein, was ohne Kontakt gemessen werden kann.
Hier wird die Mehrkanal-LDV-Architektur des Q2 technisch wertvoll.
Erfahren Sie mehr über das Q2-Laser-Radar →
Ommatidias Q2: ein Mehrkanal-LDV, der für anspruchsvolle Oberflächen entwickelt wurde
Das Q2-Laser-Doppler-Vibrometer verwendet 65 simultane Laserstrahlen, die jeweils gleichzeitig über eine dedizierte photonische integrierte Schaltung (PIC) verarbeitet werden, um Schwingungsgeschwindigkeit und -auslenkung berührungslos zu messen. Für Materialingenieure und optische Messtechniker sind die wichtigsten Vorteile:
- Hohe Rücklaufempfindlichkeit, auch bei dunklen oder porösen Materialien
- Phasenstabile Messung mit parallelen kohärenten Kanälen
- Full-Field-Erfassung mit 40 kHz Abtastung pro Kanal
- Integrierte RGB-Kamera für Ausrichtung und ROI-Definition
- Industrielles IP54-Design, geeignet für Validierungslabore und Prüfstände
Da jeder Strahl als unabhängiger LDV-Kanal arbeitet, kann das System eine reduzierte lokale Reflexion tolerieren und gleichzeitig die Integrität der Full-Field-Messung erhalten. Dies bietet eine praktische Alternative zu Kontaktsensoren ohne Massenbelastung, Oberflächenvorbereitung oder dem Risiko, die lokale Dynamik zu verändern.
Eine Standard-Automobil-Fußmatte, dunkel, porös und akustisch gedämpft, wurde mit Nylonfaden an einem Aluminiumrahmen aufgehängt. Dies gewährleistete minimale Randbedingungen und vermied eine künstliche Versteifung des Prüflings. Die Anregung erfolgte akustisch über einen hinter der Matte positionierten Lautsprecher. Das Anregungssignal (100 Hz Sinus, 500 mV) wurde vom Q2 erzeugt und vor der Ansteuerung des Lautsprechers verstärkt. Der Q2 wurde 1 m von der Oberfläche entfernt positioniert. Experimenteller Aufbau für die Schwingungsmessung der Fußmatte mit Q2-LDV. Der Test begann mit einem Intensitätsscan, um die optische Rücklaufqualität über den gesamten Prüfling zu validieren.Experimenteller Aufbau
Rücklaufqualität und Intensitätsscan
Trotz des extrem niedrigen Reflexionsgrades der Fußmatte meldete der Q2 Rücklaufintensitäten von über 60 dB über das gesamte Sichtfeld – weit innerhalb des Bereichs, der für eine stabile interferometrische Vibrometrie erforderlich ist.
Intensitätsscan mit gleichmäßigem Signal über 60 dB
Für Ingenieure, die es gewohnt sind, mit Aussetzern oder von Speckle dominierten Messungen auf porösen Oberflächen umzugehen, ist dieses Ergebnis von Bedeutung: Es bestätigt, dass die Kohärenzarchitektur des Q2 auch bei Materialien, die traditionell als „nicht kooperativ“ für die optische Sensorik gelten, ein ausreichendes Signal-Rausch-Verhältnis aufrechterhält.
Vibrometrie-Messung
Anschließend wurde eine Schwingungsmessung über 65 Winkel (–9° bis +8° in 0,2°-Schritten) durchgeführt, wobei der Q2 im Vibrometrie-Modus arbeitete. Da die Matte frei hing, verhielt sie sich weniger wie eine gespannte Membran und eher wie eine lose gestützte Oberfläche mit begrenzter Modenstruktur bei 100 Hz. Dennoch erfasste der Q2 erfolgreich die Schwingungsantwort über alle Kanäle.
Was dies für NVH und die Entwicklung von Innenraummaterialien bedeutet
Für NVH-Ingenieure, Entwicklungsteams für Verkleidungen, Polymerspezialisten und akustische Validierungslabore hebt diese Demonstration mehrere praktische Vorteile hervor:
- Zuverlässige optische Messung an Materialien mit geringem Reflexionsgrad
- Kein retroreflektierendes Klebeband, keine Oberflächenbehandlung oder Farbe erforderlich
- Kein Risiko der Massenbelastung, anders als bei Beschleunigungsmessern
- Geeignet für das Scannen von Dämpfungsschichten, Schäumen, Filzen und Textilverbundwerkstoffen
- Ideal für SHM-, Komponentenvalidierungs- und Innenraumakustikstudien
- Ermöglicht die Full-Field-Bewertung des dynamischen Verhaltens während der Anregung
Der Q2 erweitert den Messbereich in der Strukturdynamik und bei NVH-Prüfungen im Innenraum, insbesondere wenn Materialien aufgrund von Lichtabsorption, Dämpfung oder poröser Energiedissipation ausgewählt werden.
Erfahren Sie mehr über das Q2-Laser-Radar →
Abschließende Gedanken
Reflexionsarme, poröse Materialien stellen seit langem eine Herausforderung für die Laservibrometrie und optische Vibrationsprüfung dar. Dieses Experiment zeigt, dass Ommatidias Q2 Laser-Doppler-Vibrometer stabile, genaue Vibrationsmessungen auf Oberflächen liefern kann, bei denen herkömmliche optische Systeme versagen.
Sehen Sie den vollständigen Bericht – Anwendungsbericht: Vibrationsmessung von Automobil-Innenverkleidungsmaterialien mit dem Ommatidia Q2 Laser-Doppler-Vibrometer
Für OEMs, Tier-1-Zulieferer, Akustiklabore und Forscher in der Strukturdynamik bedeutet dies zuverlässigere Daten, weniger Messbeschränkungen und eine deutlich breitere Anwendbarkeit der berührungslosen Schwingungsprüfung in Innenraum- und Dämpfungsmaterialien.
Wenn Sie den Q2 an Ihren eigenen Materialien oder Prüfständen evaluieren möchten, kann das Ommatidia-Team Sie bei der Testplanung, dem Aufbau und der Datenauswertung unterstützen.
Besuchen Sie ommatidia-lidar.com oder senden Sie eine E-Mail an sales@ommatidia-lidar.com.
