Vibrómetro láser Doppler
Un vibrómetro láser Doppler ( LDV ) es un instrumento científico que se utiliza para realizar mediciones de vibraciones sin contacto de una superficie. El rayo láser del LDV se dirige a la superficie de interés, y la amplitud y frecuencia de la vibración se extraen del desplazamiento Doppler de la frecuencia del rayo láser reflejado debido al movimiento de la superficie. La salida de un LDV es generalmente un voltaje analógico continuo que es directamente proporcional al componente de velocidad objetivo a lo largo de la dirección del rayo láser.
Algunas ventajas de un LDV sobre dispositivos de medición similares, como un acelerómetro, son que el LDV puede dirigirse a objetivos de difícil acceso o que pueden ser demasiado pequeños o demasiado calientes para conectar un transductor físico . Además, el LDV realiza la medición de la vibración sin cargar masivamente el objetivo, lo cual es especialmente importante para los dispositivos MEMS .
Un vibrómetro es generalmente un interferómetro láser de dos haces que mide la diferencia de frecuencia (o fase) entre un haz de referencia interno y un haz de prueba. El tipo común la mayor parte de láser en una LDV es el láser de helio-neón , aunque los diodos láser , láseres de fibra , y Nd: YAG también se utilizan. El haz de prueba se dirige al objetivo y la luz dispersa del objetivo se recoge e interfiere con el haz de referencia en un fotodetector , normalmente un fotodiodo . La mayoría de los vibrómetros comerciales funcionan en un heterodinorégimen agregando un cambio de frecuencia conocido (típicamente 30-40 MHz) a uno de los haces. Este cambio de frecuencia suele ser generado por una celda de Bragg o un modulador acústico-óptico. [1]
Arriba se muestra un esquema de un vibrómetro láser típico. El haz del láser, que tiene una frecuencia f o , se divide en un haz de referencia y un haz de prueba con un divisor de haz . El haz de prueba luego pasa a través de la celda de Bragg, lo que agrega un cambio de frecuencia f b . Este haz de frecuencia desplazada luego se dirige al objetivo. El movimiento del objetivo agrega un desplazamiento Doppler al haz dado por f d = 2 * v (t) * cos (α) / λ, donde v (t) es la velocidad del objetivo en función del tiempo, α es el ángulo entre el rayo láser y el vector de velocidad, y λ es la longitud de onda de la luz.
La luz se dispersa desde el objetivo en todas las direcciones, pero una parte de la luz es recogida por el LDV y reflejada por el divisor de haz hacia el fotodetector. Esta luz tiene una frecuencia igual af o + f b + f d . Esta luz dispersa se combina con el haz de referencia en el fotodetector. La frecuencia inicial del láser es muy alta (> 10 14 Hz), que es más alta que la respuesta del detector. Sin embargo, el detector responde a la frecuencia de batido entre los dos haces, que está en f b + f d (típicamente en el rango de las decenas de MHz).
La salida del fotodetector es una señal de frecuencia modulada (FM) estándar , con la frecuencia de la celda de Bragg como frecuencia portadora y el desplazamiento Doppler como frecuencia de modulación. Esta señal se puede demodular para derivar la velocidad frente al tiempo del objetivo vibrante.
