En sectores como la automoción y la fabricación, las pruebas de ruido y vibración son esenciales para la calidad y la seguridad. Pero, ¿cómo se miden las vibraciones sin tocar el objeto? Un método es la vibrometría Doppler láser, que utiliza el efecto Doppler para capturar datos precisos sobre el movimiento y la velocidad en tiempo real. A continuación, los ingenieros utilizan estos datos para calcular los desplazamientos relativos, un factor clave para garantizar que los equipos funcionen de forma fiable.
Para entender esto, exploremos primero qué es el efecto Doppler. Se produce cuando la frecuencia de una onda cambia a medida que la fuente se mueve con relación a un observador. En la vibrometría Doppler láser, este principio ayuda a medir cómo vibran los objetos analizando los cambios en la frecuencia de los haces láser reflejados.
Los vibrometría láser de escaneo modernos llevan este concepto más allá. Combinan la precisión del efecto Doppler con tecnologías de escaneo avanzadas para mapear las vibraciones en grandes superficies de forma rápida y sin contacto. Estas herramientas se han vuelto vitales en aplicaciones como la monitorización de la salud estructural, el diagnóstico industrial y las pruebas de vibración en la automoción.
Los sistemas RADAR láser Q1 y Q2 de Ommatidia mejoran la vibrometría láser tradicional. Estos dispositivos utilizan capacidades de medición paralela y reconstrucción de nubes de puntos de alta precisión para ofrecer información detallada en tiempo real. Ya sea para evaluar piezas de automoción, monitorizar vibraciones estructurales o diagnosticar maquinaria industrial, estas soluciones redefinen la forma de medir las vibraciones con una precisión y velocidad inigualables.
Con innovaciones como estas, la vibrometría Doppler láser está dando forma al futuro de las pruebas de vibración, ofreciendo a los ingenieros las herramientas que necesitan para mejorar el rendimiento y la seguridad.
El efecto Doppler: una introducción
Física subyacente
El efecto Doppler se produce cuando una fuente de ondas y un observador se mueven uno con relación al otro. Por ejemplo, piense en el sonido de la sirena de una ambulancia que pasa. A medida que la ambulancia se acerca, el tono (o frecuencia) de la sirena suena más alto. Una vez que pasa y se aleja, el tono parece bajar.
En términos sencillos, el movimiento cambia la forma en que percibimos la frecuencia de la onda. Este principio es la base de tecnologías como la vibrometría Doppler láser, que mide las vibraciones con precisión.
Lea más para explorar cómo funciona el efecto Doppler y sus aplicaciones.
Uso de la luz para medir el movimiento
Para medir la vibración, el efecto Doppler se aplica utilizando un haz láser enfocado. Cuando una superficie se mueve, ya sea que oscile, gire o se desplace, la frecuencia de la luz láser reflejada cambia ligeramente en comparación con el haz original.
Este pequeño cambio de frecuencia revela detalles importantes sobre la velocidad y el desplazamiento de la superficie. Al analizar estos cambios, los ingenieros obtienen información precisa sobre cómo vibra la superficie.
Lea más para saber cómo funciona este método y por qué es tan eficaz.
Fundamentos de la vibrometría Doppler láser (LDV)
La vibrometría Doppler láser mide las vibraciones de la superficie de forma remota detectando los cambios de frecuencia en la luz láser reflejada.
La vibrometría Doppler láser (LDV) utiliza el efecto Doppler para medir las vibraciones de forma rápida y precisa. Así es como funciona:
- Emisión de haz láser coherente: para empezar, un haz láser estable apunta a la superficie que se está probando, como una pieza de máquina giratoria o un panel de la carrocería de un coche durante las pruebas de ruido y vibración. Este láser actúa como un sensor de vibración remoto, lo que lo hace ideal para superficies de difícil acceso.
- Cambio de frecuencia y detección Doppler: a medida que la superficie se mueve, la luz láser reflejada experimenta un cambio de frecuencia que corresponde a su velocidad. Además, un detector óptico dentro del LDV captura este cambio de frecuencia con precisión, lo que garantiza mediciones fiables.
- Procesamiento de la señal: a continuación, el sistema procesa el cambio de frecuencia en datos de velocidad. Dado que la velocidad representa la tasa de cambio de desplazamiento, el LDV integra estos datos a lo largo del tiempo para calcular los desplazamientos relativos. Como resultado, los ingenieros pueden analizar los patrones de movimiento con gran detalle.
- Salida en tiempo real: por último, el LDV proporciona datos en tiempo real sobre la amplitud, la fase y la frecuencia. Además, los vibrometría láser de escaneo paralelos miden varios haces simultáneamente, lo que acelera el proceso. La matriz láser escanea varios puntos, creando un mapa de vibración completo. En consecuencia, esto es especialmente útil para las pruebas de ruido y vibración y el análisis de vibraciones en la automoción.
Esquema de un vibrometría Doppler láser básico
Datos de velocidad del puente del Q1S frente a la señal del acelerómetro: un análisis de vibración comparativo
Ventajas de la vibrometría Doppler láser
La vibrometría Doppler láser mide la velocidad, integrada en el desplazamiento, revelando frecuencias, debilidades estructurales y seguridad operativa.
- Medición sin contacto: LDV ofrece una alternativa más segura a las herramientas basadas en contacto, como los acelerómetros o los extensómetros. Debido a que no requiere contacto físico, funciona bien en entornos hostiles o calientes. Además, evita añadir peso a las piezas delicadas, lo que podría afectar a los resultados.
- Alta precisión y detalle: LDV utiliza el efecto Doppler para detectar pequeños cambios en la velocidad. Como resultado, proporciona datos precisos para tareas como el equilibrio de ejes giratorios o la comprobación de la estabilidad en las líneas de montaje.
- Amplio rango de frecuencias: los LDV miden una amplia gama de vibraciones. Por ejemplo, pueden capturar movimientos de baja frecuencia en grandes estructuras o vibraciones de alta frecuencia en motores y turbinas de movimiento rápido.
- Rápido y flexible: un vibrometría láser de escaneo mueve el punto láser a través de superficies complejas con facilidad. Esto lo hace ideal para tareas como las pruebas de ruido y vibración en coches o el escaneo láser 3D de equipos industriales. En consecuencia, LDV simplifica cómo medir la vibración en superficies grandes e irregulares.
Desplazamientos relativos de los datos de vibración
La vibrometría Doppler láser mide la velocidad, integrada en el desplazamiento, revelando frecuencias, debilidades estructurales y seguridad operativa.
Si bien la velocidad es la medición principal de la vibrometría Doppler láser, muchas tareas de ingeniería necesitan datos de desplazamiento. He aquí por qué:
- Análisis de tensión y deformación: los ingenieros a menudo necesitan saber cuánto se dobla o flexiona una pieza bajo presión. Esto depende de las mediciones de desplazamiento.
- Monitorización del estado: en las máquinas rotativas, la medición del desplazamiento radial o la desalineación ayuda a evitar fallos importantes.
- Diseño automotriz: el seguimiento de cómo se mueven los soportes del motor o los paneles de la carrocería durante el funcionamiento mejora el diseño del vehículo, lo que hace que los viajes sean más suaves y silenciosos.
Para calcular el desplazamiento a partir de la velocidad, los datos de velocidad sin procesar se integran a lo largo del tiempo. Por ejemplo, si la velocidad es v(t), el desplazamiento x(t) proviene de resolver ∫v(t) dt. Sin embargo, en las pruebas del mundo real, el filtrado y la calibración son cruciales para eliminar el ruido y obtener resultados precisos.
Este proceso proporciona información valiosa sobre el comportamiento dinámico. Por ejemplo, ayuda a identificar las frecuencias de resonancia, encontrar las debilidades estructurales o garantizar que la maquinaria funcione dentro de los límites de seguridad. Mediante el uso del efecto Doppler, los ingenieros pueden comprender mejor cómo medir la vibración y mejorar la fiabilidad del sistema.
Desplazamiento relativo de un puente al pasar un tren medido desde 21 m con Q1S.
RADAR láser Q1 y Q2 de Ommatidia: elevando el listón
La vibrometría Doppler láser es una técnica de alta precisión, pero las soluciones de radar láser Q1 y Q2 de Ommatidia van más allá. Estos sistemas añaden capacidades avanzadas de medición láser 3D, metrología láser y medición paralela, lo que aumenta la precisión y la flexibilidad. Con su funcionalidad masivamente paralela única, ofrecen mediciones más rápidas y datos más densos. Mediante el uso de la interferometría y los métodos FMCW (onda continua modulada en frecuencia), rinden excepcionalmente bien en entornos difíciles.
Lectura paralela masiva
Ommatidia ha creado un sistema único que mide varios puntos a la vez: 128 con el Q1 y 65 con el Q2.
Esto es posible gracias a una matriz de haces láser y a un sensor fotónico de última generación para distinguirlos.
Esto lo hace muy eficaz para aplicaciones que involucran el efecto Doppler y la medición de vibraciones.
Medición de vibraciones multimodal
Construido sobre una plataforma que admite el escaneo láser 3D, el escaneo de superficies láser y la medición de vibraciones, el Q1 y el Q2 permiten a los equipos de ingeniería capturar datos geométricos y comportamiento dinámico en una sola pasada.
Funcionamiento remoto y seguro
El Q1 y el Q2 pueden medir las vibraciones desde una distancia segura, gracias a las capacidades del sensor de vibración remoto. Esta característica es crucial en entornos donde los sensores de contacto serían inseguros o inviables.
Datos de alta fidelidad
Mediante el uso de un procesamiento de señal avanzado, estas herramientas de medición láser de precisión reducen el ruido de fondo y las interferencias. Esto garantiza datos de velocidad y desplazamiento de alta precisión, incluso en plantas industriales ruidosas o laboratorios de pruebas de automoción concurridos.
Integración perfecta
Tanto si su flujo de trabajo implica un software especializado de adquisición de datos de vibración como un software de escaneado láser 3D, las soluciones de Ommatidia encajan fácilmente. Incluso pueden integrarse con otros sistemas de medición de escaneado láser o instrumentos de medición de vibraciones, lo que los hace compatibles con diversos estándares de la industria.
Excelencia automotriz e industrial
Desde la investigación de ruido, vibración y dureza en la automoción hasta el diagnóstico de desequilibrios de maquinaria en las líneas de montaje, el Q1 y el Q2 sirven tanto como vibrómetro láser de barrido como sistema de medición láser 3D. Esta versatilidad ayuda a los ingenieros a mantener la calidad, optimizar los diseños y aumentar la seguridad general.
Conclusión
El efecto Doppler es clave para un método potente para probar el ruido y la vibración: la vibrometría Doppler láser. Mediante el seguimiento de pequeños cambios de frecuencia en la luz láser reflejada, los sistemas LDV capturan datos de velocidad. Con el tiempo, estos datos revelan desplazamientos relativos críticos, esenciales para las comprobaciones estructurales o mecánicas. Con industrias que exigen mayor precisión y métodos más seguros, los vibrometría láser de escaneo sin contacto son ahora cruciales en áreas como las pruebas de vibración en la automoción y el diagnóstico industrial.
Si bien la vibrometría láser ha establecido altos estándares, los sistemas RADAR láser Q1 y Q2 de Ommatidia elevan el listón. Con interferometría avanzada, tecnología FMCW precisa y muestreo multicanal, ofrecen datos de vibración precisos, fiables y detallados. Estas innovaciones los convierten en herramientas vitales para los desafíos de ingeniería actuales. El uso del efecto Doppler para medir la vibración no se trata solo de rastrear el movimiento; se trata de mejorar el rendimiento, la calidad y la seguridad en todas las industrias.
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