Gli ingegneri che lavorano con componenti interni di automobili, materiali di smorzamento, rivestimenti porosi, schiume e strutture a base di polimeri conoscono bene la sfida: le superfici a bassa riflettività spesso causano problemi di qualità del segnale nella vibrometria ottica.
Questo articolo valuta se il vibrometro laser Doppler Q2 di Ommatidia, un LDV multicanale basato su misurazione coerente a onda continua modulata in frequenza (FMCW), può rilevare in modo affidabile le vibrazioni su un tappetino automobilistico nero e poroso. Il materiale è tra le superfici più difficili incontrate nei test di vibrazione senza contatto, rendendolo un punto di riferimento rilevante per ingegneri NVH, specialisti in acustica degli interni, laboratori di convalida e fornitori di primo/secondo livello che eseguono qualifiche strutturali o acustiche.
Perché le superfici a bassa riflettività mettono alla prova la vibrometria ottica
I materiali scuri e porosi, tipici dei sistemi di pavimentazione automobilistici e delle finiture interne, forniscono deboli ritorni ottici a causa dell’assorbimento della luce e della diffusione complessa. Quando si utilizza un vibrometro laser Doppler a scansione, ciò si manifesta solitamente come:
- Scarsa intensità di ritorno
- Letture di fase instabili
- Interruzioni durante l’eccitazione dinamica
- Difficoltà ad acquisire movimenti di piccola ampiezza
Questi problemi sorgono perché i materiali porosi interrompono la retrodiffusione del laser, degradando la coerenza necessaria per una misurazione interferometrica affidabile. Per i team NVH e di acustica strutturale che si affidano alle firme di vibrazione per valutare le prestazioni di smorzamento, le risonanze locali o il comportamento dei componenti, la scarsa riflettività spesso limita ciò che può essere misurato senza contatto.
È qui che l’architettura LDV multicanale del Q2 diventa tecnicamente preziosa.
Scopri di più sul laser radar Q2 →
Q2 di Ommatidia: un LDV multicanale costruito per superfici difficili
Il vibrometro laser Doppler Q2 utilizza 65 raggi laser simultanei, ciascuno elaborato simultaneamente attraverso un circuito integrato fotonico (PIC) dedicato, per misurare la velocità e lo spostamento delle vibrazioni senza contatto. Per gli ingegneri dei materiali e i metrologi ottici, i vantaggi principali sono:
- Elevata sensibilità di ritorno, anche su materiali scuri o porosi
- Misurazione a fase stabile utilizzando canali coerenti paralleli
- Acquisizione full-field con campionamento a 40 kHz per canale
- Telecamera RGB integrata per l’allineamento e la definizione della ROI
- Design industriale IP54 adatto per laboratori di convalida e banchi di prova
Poiché ogni raggio funziona come un canale LDV indipendente, il sistema può tollerare una riflettività locale ridotta preservando l’integrità della misurazione full-field. Ciò fornisce un’alternativa pratica ai sensori di contatto senza carico di massa, preparazione della superficie o rischio di alterare le dinamiche locali.
Un tappetino per auto standard, scuro, poroso e acusticamente smorzato, è stato sospeso a un telaio in alluminio utilizzando un filo di nylon. Ciò ha garantito vincoli minimi al contorno ed ha evitato di irrigidire artificialmente il campione. L’eccitazione è stata applicata acusticamente tramite un altoparlante posizionato dietro il tappetino. Il segnale di eccitazione (sinusoide a 100 Hz, 500 mV) è stato generato dal Q2 e amplificato prima di pilotare l’altoparlante. Il Q2 è stato posizionato a 1 m dalla superficie. Setup sperimentale per la misurazione delle vibrazioni del tappetino con Q2 LDV. Il test è iniziato con una scansione dell’intensità per convalidare la qualità del ritorno ottico attraverso il campione.Setup sperimentale
Qualità del ritorno e scansione dell’intensità
Nonostante la bassissima riflettività del tappetino, il Q2 ha riportato intensità di ritorno superiori a 60 dB sull’intero campo visivo, ben entro l’intervallo richiesto per una vibrometria interferometrica stabile.
Scansione dell’intensità che mostra un segnale uniforme superiore a 60 dB
Per gli ingegneri abituati a gestire interruzioni o misurazioni dominate dallo speckle su superfici porose, questo risultato è significativo: conferma che l’architettura di coerenza del Q2 mantiene un rapporto segnale-rumore adeguato anche su materiali tradizionalmente considerati “non cooperativi” per il rilevamento ottico.
Misurazione vibrometrica
È stata quindi eseguita una misurazione delle vibrazioni su 65 angoli (da –9° a +8° con incrementi di 0,2°), con il Q2 che operava in modalità vibrometrica. Poiché il tappetino era appeso liberamente, si comportava meno come una membrana tesa e più come una superficie supportata in modo lasco con una struttura modale limitata a 100 Hz. Tuttavia, il Q2 è riuscito a catturare la risposta alle vibrazioni su tutti i canali.
Cosa significa questo per l’ingegneria NVH e dei materiali per interni
Per gli ingegneri NVH, i team di sviluppo dei rivestimenti, gli specialisti dei polimeri e i laboratori di convalida acustica, questa dimostrazione evidenzia diversi vantaggi pratici:
- Misurazione ottica affidabile su materiali a bassa riflettività
- Non è necessario nastro retroriflettente, trattamento superficiale o vernice
- Nessun rischio di carico di massa, a differenza degli accelerometri
- Adatto per la scansione di strati di smorzamento, schiume, feltri e compositi tessili
- Ideale per SHM, convalida dei componenti e studi di acustica degli interni
- Consente la valutazione full-field del comportamento dinamico durante l’eccitazione
Il Q2 espande la gamma di misurazioni nella dinamica strutturale e nei test NVH interni, soprattutto quando i materiali vengono selezionati per l’assorbimento della luce, lo smorzamento o la dissipazione di energia porosa.
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Considerazioni finali
I materiali porosi a bassa riflettività hanno rappresentato a lungo una sfida per la vibrometria laser e i test di vibrazione ottica. Questo esperimento dimostra che il vibrometro laser Doppler Q2 di Ommatidia può fornire misurazioni di vibrazione stabili e accurate su superfici in cui i sistemi ottici tradizionali falliscono.
Leggi il rapporto completo – Nota applicativa: Misurazione delle vibrazioni di materiali di rivestimento interno per autoveicoli tramite il vibrometro laser Doppler Q2 di Ommatidia
Per OEM, fornitori di livello 1, laboratori di acustica e ricercatori nel campo della dinamica strutturale, questo significa dati più affidabili, meno vincoli di misurazione e un’applicabilità significativamente più ampia dei test di vibrazione senza contatto su materiali interni e di smorzamento.
Se desideri valutare il Q2 sui tuoi materiali o banchi di prova, il team di Ommatidia può supportare la progettazione del test, la configurazione e l’interpretazione dei dati.
Visita ommatidia-lidar.com o invia un’email a sales@ommatidia-lidar.com.
