자동차 내부 부품, 댐핑 재료, 다공성 라이너, 폼 및 고분자 기반 구조물을 다루는 엔지니어들은 저반사 표면이 광학 진동 측정에서 신호 품질 문제를 자주 일으킨다는 어려움을 잘 알고 있습니다.
이 글은 주파수 변조 연속파(FMCW) 코히어런트 측정 기반의 다채널 LDV인 Ommatidia의 Q2 레이저 도플러 진동계가 검은색 다공성 자동차 바닥 매트에서 진동을 안정적으로 감지할 수 있는지 여부를 평가합니다. 이 재료는 비접촉 진동 테스트에서 가장 어려운 표면 중 하나이며, 구조적 또는 음향적 검증을 수행하는 NVH 엔지니어, 실내 음향 전문가, 검증 연구소, 그리고 Tier-1/Tier-2 공급업체에게 중요한 벤치마크가 됩니다.
저반사 표면이 광학 진동 측정에 어려움을 주는 이유
자동차 바닥 시스템 및 내부 트림에 흔히 사용되는 어둡고 다공성 재료는 빛 흡수 및 복잡한 산란으로 인해 약한 광학 반사를 제공합니다. 스캐닝 레이저 도플러 진동계를 사용할 때, 이는 일반적으로 다음과 같이 나타납니다:
- 낮은 반사 강도
- 불안정한 위상 판독값
- 동적 여기 중 드롭아웃 발생
- 작은 진폭 움직임 포착의 어려움
이러한 문제는 다공성 재료가 레이저 후방 산란을 방해하여 신뢰할 수 있는 간섭계 측정에 필요한 코히어런스를 저하시키기 때문에 발생합니다. 댐핑 성능, 국부 공진 또는 부품 거동을 평가하기 위해 진동 신호에 의존하는 NVH 및 구조-음향 팀의 경우, 낮은 반사율은 비접촉으로 측정할 수 있는 범위를 종종 제한합니다.
바로 이 지점에서 Q2의 다채널 LDV 아키텍처가 기술적으로 가치를 발합니다.
Ommatidia의 Q2: 까다로운 표면을 위해 제작된 다채널 LDV
Q2 레이저 도플러 진동계는 65개의 동시 레이저 빔을 사용하며, 각 빔은 전용 광자 집적 회로(PIC)를 통해 동시에 처리되어 진동 속도와 변위를 비접촉으로 측정합니다. 재료 엔지니어 및 광학 계측 전문가에게 주요 이점은 다음과 같습니다.
- 어둡거나 다공성 재료에서도 높은 반사 감도
- 병렬 코히어런트 채널을 이용한 위상 안정 측정
- 채널당 40 kHz 샘플링을 통한 전장 획득
- 정렬 및 ROI 정의를 위한 통합 RGB 카메라
- 검증 연구소 및 테스트 장비에 적합한 IP54 산업용 설계
각 빔이 독립적인 LDV 채널로 작동하므로, 시스템은 국부 반사율이 감소하더라도 전장 측정의 무결성을 유지할 수 있습니다. 이는 질량 부하, 표면 준비 또는 국부 역학 변경 위험 없이 접촉 센서에 대한 실용적인 대안을 제공합니다.
어둡고 다공성이며 음향적으로 감쇠된 표준 자동차 바닥 매트를 나일론 실을 사용하여 알루미늄 프레임에 매달았습니다. 이는 최소한의 경계 제약을 보장하고 시편의 인위적인 강성 증가를 방지했습니다. 매트 뒤에 위치한 확성기를 통해 음향적으로 여기를 가했습니다. 여기 신호(100 Hz 사인파, 500 mV)는 Q2에 의해 생성되어 스피커를 구동하기 전에 증폭되었습니다. Q2는 표면에서 1m 거리에 위치했습니다. Q2 LDV를 이용한 바닥 매트 진동 측정을 위한 실험 설정. 테스트는 시편 전체의 광학 반사 품질을 검증하기 위한 강도 스캔으로 시작되었습니다.실험 설정
반사 품질 및 강도 스캔
바닥 매트의 극도로 낮은 반사율에도 불구하고, Q2는 전체 시야각에 걸쳐 60dB 이상의 반사 강도를 보고했으며, 이는 안정적인 간섭계 진동 측정에 필요한 범위 내에 충분히 해당합니다.
60dB 이상의 균일한 신호를 보여주는 강도 스캔
다공성 표면에서 드롭아웃 또는 스페클 지배적인 측정에 익숙한 엔지니어들에게 이 결과는 중요합니다. 이는 Q2의 코히어런스 아키텍처가 광학 감지에 있어 전통적으로 “비협조적”으로 간주되는 재료에서도 적절한 신호 대 잡음비를 유지함을 확인시켜 줍니다.
진동 측정
이어서 Q2가 진동 측정 모드로 작동하는 상태에서 65개 각도(–9°에서 +8°까지 0.2° 단계)에 걸쳐 진동 측정이 수행되었습니다. 매트가 자유롭게 매달려 있었기 때문에, 이는 장력 있는 막보다는 100Hz에서 제한된 모달 구조를 가진 느슨하게 지지된 표면처럼 거동했습니다. 그럼에도 불구하고 Q2는 모든 채널에서 진동 응답을 성공적으로 포착했습니다.
NVH 및 내부 재료 공학에 미치는 영향
NVH 엔지니어, 트림 개발 팀, 고분자 전문가 및 음향 검증 연구소에게 이 시연은 몇 가지 실용적인 이점을 강조합니다.
- 저반사 재료에 대한 신뢰할 수 있는 광학 측정
- 재귀반사 테이프, 표면 처리 또는 페인트 불필요
- 가속도계와 달리 질량 부하 위험 없음
- 댐핑 층, 폼, 펠트 및 직물 복합재 스캐닝에 적합
- SHM, 부품 검증 및 실내 음향 연구에 이상적
- 여기 중 동적 거동의 전장 평가 가능
Q2는 구조 역학 및 실내 NVH 테스트에서 측정 범위를 확장하며, 특히 재료가 빛 흡수, 댐핑 또는 다공성 에너지 소산을 위해 선택될 때 더욱 그렇습니다.
최종 의견
낮은 반사율의 다공성 재료는 레이저 진동 측정 및 광학 진동 테스트에 오랫동안 어려움을 제기해왔습니다. 이 실험은 기존 광학 시스템이 실패하는 표면에서도 옴마티디아의 Q2 레이저 도플러 진동계가 안정적이고 정확한 진동 측정을 제공할 수 있음을 보여줍니다.
전체 보고서 보기 – 애플리케이션 노트: 옴마티디아 Q2 레이저 도플러 진동계를 사용한 자동차 내장재의 진동 측정
OEM, Tier-1 공급업체, 음향 연구소 및 구조 역학 연구원에게 이는 더 신뢰할 수 있는 데이터, 더 적은 측정 제약, 그리고 내부 및 댐핑 재료 전반에 걸쳐 비접촉 진동 테스트의 훨씬 더 넓은 적용 가능성을 의미합니다.
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