自動車の内装部品、減衰材料、多孔質ライナー、フォーム、ポリマー系構造を扱うエンジニアは、低反射率の表面が光学振動計での信号品質の問題を引き起こすことをよく知っています。
本記事では、周波数変調連続波（FMCW）コヒーレント測定に基づくマルチチャンネルLDVであるOmmatidiaのQ2レーザードップラー振動計が、黒色で多孔質の自動車用フロアマットの振動を確実に検出できるかどうかを評価します。この材料は非接触振動試験において最も困難な表面の一つであり、構造的または音響的認定を実施するNVHエンジニア、内装音響専門家、検証ラボ、およびTier-1/Tier-2サプライヤーにとって適切なベンチマークとなります。
なぜ低反射率の表面が光学振動計に挑戦をもたらすのか
自動車のフロアシステムや内装トリムに典型的な暗色で多孔質の材料は、光の吸収と複雑な散乱により弱い光学的反射を提供します。スキャニングレーザードップラー振動計を使用する場合、これは通常以下のように現れます：
- リターン強度の低下
- 不安定な位相読み取り
- 動的励起中のドロップアウト
- 小振幅運動の捕捉の難しさ
これらの問題は、多孔質材料がレーザーの後方散乱を妨げ、信頼性のある干渉測定に必要なコヒーレンスを劣化させるために発生します。減衰性能、局所共振、または部品の挙動を評価するために振動シグネチャに依存するNVHおよび構造音響チームにとって、低反射率は非接触で測定できる範囲を制限することがよくあります。
ここでQ2のマルチチャンネルLDVアーキテクチャが技術的に価値を持つようになります。
OmmatidiaのQ2：困難な表面に対応したマルチチャンネルLDV
Q2レーザードップラ振動計は、65本のレーザービームを同時に使用し、それぞれを専用のフォトニック集積回路（PIC）を通じて同時に処理し、非接触で振動速度と変位を測定します。材料エンジニアや光学計測者にとって、主な利点は次のとおりです：
- 暗いまたは多孔質材料でも高いリターン感度
- 並列コヒーレントチャネルを使用した位相安定測定
- チャンネルごとに40 kHzのサンプリングによる全視野取得
- アライメントとROI定義のための統合RGBカメラ
- 検証ラボやテストリグに適したIP54工業デザイン
各ビームが独立したLDVチャンネルとして動作するため、システムは局所的な反射率の低下を許容しながら、全視野測定の完全性を維持できます。これにより、質量負荷、表面準備、または局所動力学の変更のリスクがない接触センサーの実用的な代替手段が提供されます。
標準的な自動車用フロアマット（暗く、多孔質で音響的に減衰されたもの）は、ナイロン糸を使用してアルミフレームから吊るされました。これにより、境界制約が最小限に抑えられ、試料の人工的な剛性化が回避されました。 励起は、マットの背後に配置されたスピーカーを介して音響的に適用されました。励起信号（100 Hzサイン、500 mV）はQ2によって生成され、スピーカーを駆動する前に増幅されました。Q2は表面から1 mの位置に配置されました。 Q2 LDVを使用したフロアマット振動測定のための実験セットアップ。 試験は、試料全体の光学的リターン品質を検証するための強度スキャンから始まりました。実験セットアップ
リターン品質と強度スキャン
フロアマットの極めて低い反射率にもかかわらず、Q2は視野全体で60 dBを超えるリターン強度を報告しました。これは、安定した干渉振動計測に必要な範囲内です。
60 dBを超える均一な信号を示す強度スキャン
多孔質表面でのドロップアウトやスペックル支配の測定に慣れているエンジニアにとって、この結果は重要です：Q2のコヒーレンスアーキテクチャが、従来「非協力的」と見なされていた材料でも十分な信号対雑音比を維持することを確認します。
振動計測
振動測定は、65の角度（-9°から+8°まで0.2°ステップで）で実行され、Q2は振動計測モードで動作しました。マットは自由に吊るされていたため、張力をかけられた膜というよりも、100 Hzで限られたモーダル構造を持つ緩く支持された表面のように振る舞いました。それにもかかわらず、Q2はすべてのチャンネルで振動応答を正常に捕捉しました。
NVHおよび内装材料工学にとっての意味
NVHエンジニア、トリム開発チーム、ポリマー専門家、音響検証ラボにとって、このデモンストレーションは次のような実用的な利点を強調しています：
- 低反射率材料での信頼性の高い光学測定
- 反射テープ、表面処理、または塗装が不要
- 加速度計とは異なり、質量負荷のリスクがない
- 減衰層、フォーム、フェルト、繊維複合材のスキャンに適している
- SHM、部品検証、内装音響研究に最適
- 励起中の動的挙動の全視野評価を可能にする
Q2は、光吸収、減衰、または多孔質エネルギー散逸のために選択された材料での構造動力学および内装NVH試験の測定範囲を拡大します。
最終的な考察
低反射率の多孔質材料は、長年レーザー振動計や光学的振動試験にとって課題となってきました。この実験では、OmmatidiaのQ2レーザードップラー振動計が、従来の光学システムでは測定が困難な表面でも、安定した正確な振動測定を提供できることを示しています。
詳細なレポートをご覧ください – アプリケーションノート：OmmatidiaのQ2レーザードップラー振動計を使用した自動車内装材料の振動測定
OEM、Tier-1サプライヤー、音響ラボ、構造動力学の研究者にとって、これはより信頼性の高いデータ、測定制約の削減、内装および減衰材料における非接触振動試験の適用範囲の大幅な拡大を意味します。
ご自身の材料や試験台でQ2を評価したい場合、Ommatidiaチームが試験設計、セットアップ、データ解釈をサポートできます。
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