Los ingenieros que trabajan con componentes interiores de automoción, materiales de amortiguación, revestimientos porosos, espumas y estructuras basadas en polímeros conocen bien el desafío: las superficies de baja reflectividad a menudo causan problemas de calidad de la señal en la vibrometría óptica.
En este artículo se evalúa si el vibrómetro Doppler láser Q2 de Ommatidia, un LDV multicanal basado en la medición coherente de onda continua modulada en frecuencia (FMCW), puede detectar de forma fiable la vibración en una alfombrilla negra y porosa para automóviles. El material se encuentra entre las superficies más difíciles que se encuentran en las pruebas de vibración sin contacto, lo que lo convierte en un punto de referencia relevante para los ingenieros de NVH, los especialistas en acústica de interiores, los laboratorios de validación y los proveedores de nivel 1/nivel 2 que realizan la cualificación estructural o acústica.
¿Por qué las superficies de baja reflectividad desafían la vibrometría óptica?
Los materiales oscuros y porosos, típicos de los sistemas de suelo y los revestimientos interiores de los automóviles, proporcionan retornos ópticos débiles debido a la absorción de la luz y a la dispersión compleja. Cuando se utiliza un vibrómetro Doppler láser de escaneo, esto suele manifestarse como:
- Baja intensidad de retorno
- Lecturas de fase inestables
- Pérdidas de señal durante la excitación dinámica
- Dificultad para capturar movimientos de pequeña amplitud
Estos problemas surgen porque los materiales porosos interrumpen la retrodispersión del láser, lo que degrada la coherencia necesaria para una medición interferométrica fiable. Para los equipos de NVH y acústica estructural que confían en las firmas de vibración para evaluar el rendimiento de la amortiguación, las resonancias locales o el comportamiento de los componentes, la baja reflectividad a menudo limita lo que se puede medir sin contacto.
Aquí es donde la arquitectura LDV multicanal del Q2 se vuelve técnicamente valiosa.
Más información sobre el radar láser Q2 →
Q2 de Ommatidia: un LDV multicanal diseñado para superficies difíciles
El vibrómetro Doppler láser Q2 utiliza 65 haces láser simultáneos, cada uno de ellos procesado simultáneamente a través de un circuito integrado fotónico (PIC) dedicado, para medir la velocidad y el desplazamiento de la vibración sin contacto. Para los ingenieros de materiales y los metrólogos ópticos, las principales ventajas son:
- Alta sensibilidad de retorno, incluso en materiales oscuros o porosos
- Medición de fase estable utilizando canales coherentes paralelos
- Adquisición de campo completo con muestreo de 40 kHz por canal
- Cámara RGB integrada para la alineación y la definición de la ROI
- Diseño industrial IP54 adecuado para laboratorios de validación y bancos de pruebas
Debido a que cada haz funciona como un canal LDV independiente, el sistema puede tolerar una reflectividad local reducida al tiempo que preserva la integridad de la medición de campo completo. Esto proporciona una alternativa práctica a los sensores de contacto sin carga de masa, preparación de la superficie o riesgo de alterar la dinámica local.
Una alfombrilla de automóvil estándar, oscura, porosa y acústicamente amortiguada, se suspendió de un marco de aluminio utilizando hilo de nailon. Esto garantizó unas restricciones de contorno mínimas y evitó el endurecimiento artificial de la muestra. La excitación se aplicó acústicamente a través de un altavoz situado detrás de la alfombrilla. La señal de excitación (seno de 100 Hz, 500 mV) fue generada por el Q2 y amplificada antes de accionar el altavoz. El Q2 se colocó a 1 m de la superficie. Configuración experimental para la medición de la vibración de la alfombrilla con Q2 LDV. La prueba comenzó con un escaneo de intensidad para validar la calidad del retorno óptico en toda la muestra.Configuración experimental
Calidad de retorno y escaneo de intensidad
A pesar de la extremadamente baja reflectividad de la alfombrilla, el Q2 informó de intensidades de retorno superiores a 60 dB en todo el campo de visión, muy dentro del rango requerido para una vibrometría interferométrica estable.
Escaneo de intensidad que muestra una señal uniforme por encima de 60 dB
Para los ingenieros acostumbrados a lidiar con pérdidas de señal o mediciones dominadas por el moteado en superficies porosas, este resultado es significativo: confirma que la arquitectura de coherencia del Q2 mantiene una relación señal/ruido adecuada incluso en materiales tradicionalmente considerados «no cooperativos» para la detección óptica.
Medición de vibrometría
A continuación, se realizó una medición de vibración en 65 ángulos (de –9° a +8° en pasos de 0,2°), con el Q2 funcionando en modo de vibrometría. Debido a que la alfombrilla estaba colgada libremente, se comportó menos como una membrana tensada y más como una superficie con soporte suelto con una estructura modal limitada a 100 Hz. Sin embargo, el Q2 capturó con éxito la respuesta de vibración en todos los canales.
Lo que esto significa para la ingeniería de materiales de NVH e interiores
Para los ingenieros de NVH, los equipos de desarrollo de revestimientos, los especialistas en polímeros y los laboratorios de validación acústica, esta demostración destaca varias ventajas prácticas:
- Medición óptica fiable en materiales de baja reflectividad
- No se requiere cinta retrorreflectante, tratamiento de la superficie ni pintura
- Sin riesgo de carga de masa, a diferencia de los acelerómetros
- Adecuado para el escaneo de capas de amortiguación, espumas, fieltros y compuestos textiles
- Ideal para SHM, validación de componentes y estudios de acústica interior
- Permite la evaluación de campo completo del comportamiento dinámico durante la excitación
El Q2 amplía el rango de mediciones en la dinámica estructural y las pruebas de NVH interior, especialmente cuando los materiales se seleccionan por su absorción de luz, amortiguación o disipación de energía porosa.
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Reflexiones finales
Los materiales porosos y de baja reflectividad han supuesto durante mucho tiempo un desafío para la vibrometría láser y las pruebas ópticas de vibración. Este experimento muestra que el vibrometro láser Doppler Q2 de Ommatidia puede proporcionar mediciones de vibración estables y precisas en superficies donde los sistemas ópticos tradicionales fallan.
Consulte el informe completo: Nota de aplicación: Medición de vibraciones de materiales de revestimiento interior de automoción utilizando el vibrometro láser Doppler Q2 de Ommatidia
Para los fabricantes de equipos originales, los proveedores de nivel 1, los laboratorios de acústica y los investigadores en dinámica estructural, esto significa datos más fiables, menos restricciones de medición y una aplicabilidad significativamente más amplia de las pruebas de vibración sin contacto en materiales interiores y de amortiguación.
Si desea evaluar el Q2 en sus propios materiales o bancos de pruebas, el equipo de Ommatidia puede ayudarle con el diseño de las pruebas, la configuración y la interpretación de los datos.
Visite ommatidia-lidar.com o envíe un correo electrónico a sales@ommatidia-lidar.com.
