اندازه‌گیری سرعت ارتعاش لحظه‌ای بلندگو با کنترل عملکرد درست آن با استفاده از ارتعاش‌سنج لیزری مبتنی بر اثر داپلر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه اتمی و مولکولی و نجوم، دانشکده فیزیک دانشگاه خواجه نصیر طوسی

2 گروه اتمی و مولکولی و نجوم، دانشکده فیزیک، دانشگاه خواجه نصیر طوسی، تهران، ایران

چکیده

ارتعاش‌سنج‌های لیزری مبتنی ‌بر اثر‌‌ داپلر[i] (LDV) از دقیق‌ترین ابزارهای اندازه‌گیری هستند که در آنها از مبانی تداخل­سنجی لیزری و اثر داپلر جهت اندازه‌گیری مشخصات ارتعاشی اجسام استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها قادر به اندازه‌گیری سرعت ارتعاش از مرتبه صدم میکرومتر بر ثانیه تا چند‌‌ ده متر بر ثانیه با بالاترین دقت هستند. چیدمان‌های متعددی از LDV وجود‌ دارد که در هر کدام از آنها از پردازش‌های آنالوگ یا دیجیتال مختلفی جهت استخراج سیگنال می‌توان استفاده نمود. در این پژوهش، در ابتدا سیگنال تداخلی شبیه‌سازی شد و با استفاده از روش شمارش عبور از صفرها سرعت ارتعاش محاسبه شد. سپس، به‌صورت تجربی از چیدمان LDV هموداین مایکلسون تک فوتودیودی[ii] به کمک پردازش‌های آنالوگ و همچنین دیجیتال مانند شمارش عبور از صفرها و میانگین‌گیری متحرک جهت اندازه‌گیری سرعت ارتعاش یک بلندگو استفاده شد. نتایج نشان داد که با اعمال یک فرکانس 17 هرتز به بلندگو، سرعت ارتعاش آن از مرتبه چند میلی‌متر بر ثانیه محاسبه شده‌ است. همچنین، قبل و بعد از اعمال ‌میانگین ‌متحرک سرعت­های بلندگو با هم مقایسه شدند و مشخص شد که بعد از حذف نوفه سیگنال­ها به‌طور دقیق­تری سرعت حرکت جسم مرتعش را نشان می­دهند.
 
[i]. Laser Doppler Vibrometer (LDV)
[ii]. Single detector Michelson Homodyne


 


 

 
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Measuring the instantaneous vibration velocity of the speaker with controlling its correct performance using a laser Doppler vibrometer

نویسندگان [English]

  • farshid seydipour 1
  • Fatemeh Rezaei 2
1 Department of physics, K.N.Toosi University of technology
2 Department of physic,, K.N. Toosi university of technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Laser Doppler vibrometers (LDV) are one of the most accurate measurement tools in which the basics of laser interferometry and the Doppler effect are used to measure the vibration characteristics of the objects. These devices are able to measure the vibration velocity from one per hundred of micrometers per second up to tens of meters per second with the highest accuracy. There are many arrangements of LDV, in each of them different analog or digital processors can be used to extract the signal. In this research, at first, the interference signal is simulated and the vibration speed was calculated using the zero-crossing counting method. Then, the single photodiode homodyne Michelson LDV arrangement was used experimentally with the help of analog and digital processes such as zero-crossing counting and moving averaging to measure and control the vibration speed of a speaker. The results showed that by applying a frequency of 17 Hz to the speaker, its vibration velocity was calculated in order of 1 μm/s. Moreover, before and after applying the moving average, the speaker speeds were compared and it was found that after removing the noise, the signals show the moving speed of the vibrating object more accurately.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Laser Doppler vibrometer
  • LDV
  • Michelson Interferomter
  • Homodyne laser doppler Vibromtery

مراجع

[1] Li, Rui-Jun, Ying-Jun Lei, Zhen-Xin Chang, Lian-Sheng Zhang, and Kuang-Chao Fan, "Development of a high-sensitivity optical accelerometer for low-frequency vibration measurement", Sensors, 2018, Vol.18, no.9, p.2910.
[2] Yeh, Y_, and H. Z. Cummins, "Localized fluid flow measurements with an He–Ne laser spectrometer", Applied Physics Letters, 1964, Vol.4, no.10, pp.176-178.
[3] The Harwell laser interferometer, UKAEA Atomic Energy Research Establishment, 1982.
[4] Kilpatrick, James M., and Vladimir Markov, "Matrix laser vibrometer for transient modal imaging and rapid nondestructive testing" In Eighth International Conference on Vibration Measurements by Laser Techniques: Advances and Applications 2008, Vol.7098, pp.103-114. SPIE, 2008.
[5] Bissinger, George, and David Oliver, "3-D laser vibrometry on legendary old Italian violins", Sound and Vibration, 2007, Vol.41, no.7, pp.10-15.
[6] Moir, Christopher I., "Miniature laser doppler velocimetry systems", In Optical Sensors 2009, vol.7356, pp.122-133. SPIE, 2009.
[7] Huber, Alexander M., Christoph Schwab, Thomas Linder, Sandro J. Stoeckli, Mattia Ferrazzini, Norbert Dillier, and Ugo Fisch, "Evaluation of eardrum laser Doppler interferometry as a diagnostic tool", The Laryngoscope, 2001, Vol.111, no.3, pp.501-507.
[8] Sutton, C. M., "Accelerometer calibration by dynamic position measurement using heterodyne laser interferometry", Metrologia, 1990, Vol.27, no.3, p.133.
[9] Xiang, Ning, and James M. Sabatier, "Land mine detection measurements using acoustic-to-seismic coupling", In Detection and Remediation Technologies for Mines and Minelike Targets V, 2000, Vol.4038, pp.645-655. SPIE, 2000.
[10] Lal, Amit, Slava Aranchuk, Valentina Doushkina, Ernesto Hurtado, Cecil Hess, Jim Kilpatrick, Drew L'Esperance et al. "Advanced LDV instruments for buried landmine detection", In Detection and Remediation Technologies for Mines and Minelike Targets XI, Vol.6217, pp.358-365. SPIE, 2006.
[11] Li, Rui, Tao Wang, Zhigang Zhu, and Wen Xiao, "Vibration characteristics of various surfaces using an LDV for long-range voice acquisition", IEEE Sensors Journal, 2010, Vol.11, no.6, pp.1415-1422.
[12] Tomasini, Enrico Primo, and Paolo Castellini, Laser Doppler Vibrometry, Springer Berlin Heidelberg, 2020.
[13] Rembe, Christian, Georg Siegmund, Heinrich Steger, and Michael Wörtge, "Measuring MEMS in motion by laser Doppler vibrometry", In Optical Inspection of Microsystems, Second Edition, 2019, pp.297-347. CRC Press.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار