Misurazione e analisi di segnali acustici chirp utilizzando il vibrometro laser Doppler Q2 di Ommatidia
Misurazione remota e senza contatto di vibrazioni acustiche in un ampio intervallo di frequenze
Questo test dimostra la capacità del vibrometro laser Doppler Q2 di Ommatidia di generare, registrare e misurare otticamente segnali chirp acustici a banda larga. I risultati confermano un'accurata riproduzione del segnale e un'affidabile misurazione delle vibrazioni senza contatto fisico.
Obiettivo del test
L'obiettivo di questo test era dimostrare la capacità del Q2 di Ommatidia di misurare accuratamente un segnale acustico in un'ampia gamma di frequenze, ovvero di essere utilizzato come strumento di rilevamento del suono a distanza. I risultati ottenuti mostrano che il Q2 misura fedelmente il chirp programmato, dimostrando che il segnale misurato corrisponde al segnale di riferimento generato durante il test.
Attrezzatura utilizzata
L'apparecchiatura utilizzata in questo test era il vibrometro laser Doppler Ommatidia LiDAR Q2, parte della serie Q di strumenti basati sulla tecnologia FMCW Laser RADAR (Frequency Modulated Continuous Wave). Il Q2 è uno strumento ad alta risoluzione progettato per misurare la velocità o lo spostamento di una superficie senza contatto fisico.
Il sistema incorpora un'architettura di rilevamento coerente multicanale composta da 65 raggi laser simultanei. Grazie ai suoi circuiti integrati fotonici (PIC), il Q2 può elaborare più canali ottici in parallelo, consentendo la misurazione simultanea delle vibrazioni.
In questo esperimento, sono stati utilizzati i dati provenienti da un singolo raggio, sfruttando la capacità del Q2 di estrarre misurazioni di singoli raggi. Questo approccio consente un'analisi precisa del comportamento locale del sistema senza elaborare tutti i 65 canali.
Figura 1: vibrometro Doppler laser Q2 di Ommatidia
Setup sperimentale
La configurazione sperimentale ha permesso al Q2 di eseguire contemporaneamente la generazione del segnale, l'eccitazione acustica e la misurazione ottica delle vibrazioni.
Figura 2: Configurazione sperimentale
Generazione di Chirp
Il Q2 è stato configurato per emettere un chirp triangolare da 100–8000 Hz (rampa di 1600 Hz/s, ampiezza di 700 mV) attraverso la sua uscita analogica. Il segnale è stato contemporaneamente reimmesso nel Q2, permettendo al chirp generato di essere registrato nuovamente dal Q2. Questa registrazione corrisponde allo spettrogramma mostrato nella Figura 3. Oltre al segnale principale (1), si possono osservare alcune altre leggere caratteristiche:
- seconda (2) e terza (3) armonica del chirp
- rumore a banda larga alla fine della prima rampa di frequenza
- segnale costante a 1KHz e alcune armoniche
Figura 3: Spettrogramma del chirp generato dal Q2
Figura 4: Telecamera RGB interna durante la misurazione
Riproduzione acustica tramite altoparlante
Il segnale generato è stato iniettato in un altoparlante. La membrana dell'altoparlante ha vibrato seguendo la scansione di frequenza, presentando risonanze, non linearità e artefatti caratteristici dei trasduttori acustici. Il fascio laser Q2 è stato diretto sulla membrana per misurarne la vibrazione reale durante l'eccitazione.
Misurazione ottica tramite il laser Q2
Il vibrometro Doppler laser Q2 ha misurato la vibrazione della membrana dell'altoparlante. Nella Figura 4 vediamo l'immagine catturata dal Q2. La linea tratteggiata è una rappresentazione virtuale dei punti di misurazione, sebbene in questo esperimento sia stato utilizzato un solo fascio laser.
Risultati
Il Q2 ha registrato la velocità v(t) della membrana utilizzando l'interferometria Doppler. Questo segnale è stato memorizzato nel file HDF5 per la successiva elaborazione. Utilizzando v(t) (Figura 5), è stata calcolata la Trasformata di Fourier a Tempo Breve per ottenere lo spettrogramma misurato (Figura 6), che mostra le distorsioni introdotte durante la riproduzione fisica.
Il segnale di velocità misurato sulla membrana dell'altoparlante (Figura 5) mostra variazioni di ampiezza e rumore tipici della risposta di un trasduttore meccanico. Da questo segnale è stato ottenuto lo spettrogramma ricostruito (Figura 6), dove il chirp mantiene la sua forma generale ma appare più distorto e meno nitido a causa del rumore bianco (linee verticali nella Figura 6), delle risonanze e delle non linearità intrinseche all'altoparlante.
Figura 5: Segnale di velocità v(t) misurato otticamente dal Q2
Figura 6: Spettrogramma ricostruito da v(t)
Conclusioni
Il test conferma che il Q2 è in grado di
Il confronto tra i segnali ideali e misurati indica che le deviazioni osservate derivano principalmente dal comportamento meccanico dell'altoparlante piuttosto che dal generatore Q2, le cui prestazioni sono robuste e accurate.