Meting en Analyse van Chirp Akoestische Signalen Met behulp van de Ommatidia Q2 Laser Doppler Vibrometer
Externe, contactloze meting van akoestische trillingen over een breed frequentiebereik
Deze test toont de capaciteit van Ommatidia's Q2 Laser Doppler Vibrometer aan om breedband akoestische chirp signalen te genereren, op te nemen en optisch te meten. De resultaten bevestigen nauwkeurige signaalreproductie en betrouwbare trillingsmeting zonder fysiek contact.
Doelstelling van de Test
Het doel van deze test was om Ommatidia's Q2's vermogen aan te tonen om nauwkeurig een akoestisch signaal te meten in een breed frequentiebereik, d.w.z. om gebruikt te worden als een extern geluidssensorinstrument. De verkregen resultaten tonen aan dat Q2 de geprogrammeerde chirp getrouw meet, wat aantoont dat het gemeten signaal overeenkomt met het referentiesignaal dat tijdens de test werd gegenereerd.
Gebruikte Apparatuur
De apparatuur die in deze test werd gebruikt was de Ommatidia LiDAR Q2 Laser Doppler Vibrometer, onderdeel van de Q-serie instrumenten gebaseerd op FMCW Laser RADAR (Frequency Modulated Continuous Wave) technologie. De Q2 is een hoge resolutie instrument ontworpen om de snelheid of verplaatsing van een oppervlak te meten zonder fysiek contact.
Het systeem bevat een multikanaals coherente detectiearchitectuur bestaande uit 65 gelijktijdige laserbundels. Dankzij zijn fotonische geïntegreerde circuits (PICs) kan de Q2 meerdere optische kanalen parallel verwerken, waardoor gelijktijdige meting van trillingen mogelijk wordt.
In dit experiment werden gegevens van een enkele bundel gebruikt, gebruikmakend van de capaciteit van de Q2 om individuele bundelmetingen te extraheren. Deze benadering maakt nauwkeurige analyse van het lokale gedrag van het systeem mogelijk zonder alle 65 kanalen te verwerken.
Figuur 1: Ommatidia's Q2 laser Doppler Vibrometer
Experimentele opstelling
De experimentele opstelling stelde de Q2 in staat om gelijktijdig signaalgeneratie, akoestische excitatie en optische trillingmeting uit te voeren.
Figuur 2: Experimentele opstelling
Chirp-generatie
De Q2 werd geconfigureerd om een driehoekige chirp van 100–8000 Hz uit te zenden (1600Hz/s helling, 700mV amplitude) via zijn analoge uitgang. Het signaal werd tegelijkertijd terug in de Q2 geïnjecteerd, waardoor de gegenereerde chirp door de Q2 kon worden opgenomen. Deze opname komt overeen met het spectrogram getoond in Figuur 3. Naast het hoofdsignaal (1) kunnen wij enkele andere lichte kenmerken waarnemen:
- tweede (2) en derde (3) harmonischen van de chirp
- breedband ruis aan het einde van de eerste frequentie-oploop
- constant signaal op 1KHz en enkele harmonischen
Figuur 3: Spectrogram van de chirp gegenereerd door de Q2
Figuur 4: Interne RGB-camera tijdens meting
Akoestische Reproductie via Luidspreker
Het gegenereerde signaal werd geïnjecteerd in een luidspreker. Het luidsprekermembraan trilde volgens de frequentieveeg, waarbij resonanties, niet-lineariteiten en artefacten kenmerkend voor akoestische transducers werden gepresenteerd. De Q2 laserbundel werd gericht op het membraan om zijn werkelijke trilling tijdens excitatie te meten.
Optische Meting met de Q2 Laser
De Q2 Laser Doppler vibrometer mat de trilling van het membraan van de luidspreker. In Figuur 4 zien we het beeld vastgelegd door de Q2. De gestippelde lijn is een virtuele representatie van de meetpunten, hoewel slechts één laserbundel werd gebruikt in dit experiment.
Resultaten
De Q2 registreerde de snelheid v(t) van het membraan met behulp van Doppler-interferometrie. Dit signaal werd opgeslagen in het HDF5-bestand voor latere verwerking. Met behulp van v(t) (Figuur 5) werd de Short Time Fourier Transform berekend om het gemeten spectrogram te verkrijgen (Figuur 6), waarbij verstoringen zichtbaar zijn die tijdens de fysieke reproductie werden geïntroduceerd.
Het snelheidssignaal gemeten op het luidsprekermembraan (Figuur 5) toont amplitudevariaties en ruis die typisch zijn voor de respons van mechanische transducers. Uit dit signaal werd het gereconstrueerde spectrogram verkregen (Figuur 6), waarbij de chirp zijn algemene vorm behoudt maar meer vervormd en minder scherp verschijnt vanwege witte ruis (verticale lijnen in Figuur 6), resonanties en non-lineariteiten die inherent zijn aan de luidspreker.
Figuur 5: Snelheidssignaal v(t) optisch gemeten door de Q2
Figuur 6: Spectrogram gereconstrueerd uit v(t)
Conclusies
De test bevestigt dat de Q2 in staat is tot
De vergelijking tussen de ideale en gemeten signalen toont aan dat de waargenomen afwijkingen voornamelijk voortkomen uit het mechanische gedrag van de luidspreker en niet uit de Q2-generator, waarvan de prestaties robuust en nauwkeurig zijn.