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Acústica y ultrasonidos

 

Mediciones acústicas y por ultrasonidos con tecnología de medición innovadora y precisa

Los vibrómetros láser Doppler son herramientas indispensables para realizar trabajos exigentes en el campo de la acústica y la ultrasónica. Visualizan la vibración directamente en la fuente de generación de sonido: en una membrana o en cualquier otra superficie móvil. Su principio de medición sin contacto es preciso, altamente lineal y libre de influencias ambientales.

Los vibrómetros láser Optomet han demostrado su valor en el desarrollo de sistemas de altavoces, en la construcción de instrumentos musicales, el desarrollo de sensores ultrasónicos, micrófonos, teléfonos móviles y sonotrodos ultrasónicos, pero también en el diseño acústico de bienes de consumo, electrodomésticos, componentes de automoción y aeronáutica o en la validación de modelos FE.

Optimización del sonido de los instrumentos musicales

Los vibrómetros láser de Optomet ayudan a los fabricantes de instrumentos musicales a optimizarlos en cuanto a calidad de sonido, durabilidad y características de diseño.

El examen de las cuerdas de los instrumentos es prácticamente imposible con los sensores de contacto convencionales, ya que son difíciles de fijar a las cuerdas. Además, la carga de masa por parte de sensores como los acelerómetros corrompería la respuesta dinámica del objeto de medición. Un problema similar se plantea con las cajas de resonancia de guitarras e instrumentos de cuerda, así como con las cajas de resonancia de pianos y pianos de cola.

Los vibrómetros láser Doppler de Optomet permiten investigar sistemáticamente las amplitudes de vibración, las frecuencias de resonancia, la amortiguación y los efectos de la elección de materiales en el desarrollo de instrumentos musicales, sin necesidad de entrar en contacto físico y, por tanto, influir en las características del instrumento.

El análisis de las vibraciones de los cuerpos de resonancia permite detectar y visualizar las vibraciones superficiales en el cuerpo de un instrumento. Los modos de vibración o sonidos ocultos pueden identificarse claramente y clasificarse en el espectro de frecuencias. Esto permite un análisis claro del sonido único de guitarras, violines, pianos, baterías y muchos otros instrumentos.

Una evaluación adicional de la calidad y la caracterización del sonido es la representación temporal de la propagación de las vibraciones. Este método determina claramente el curso temporal de la propagación de la onda sobre la caja de resonancia.

Vibración y geometría de un violonchelo

Medición interferométrica del campo sonoro

La propagación de ondas sonoras en un medio (por ejemplo, el aire) provoca una fluctuación espacial y temporal de la densidad. Dado que el índice de refracción y, por tanto, la velocidad de la luz cambian con la densidad del medio, los cambios de densidad provocados por las ondas sonoras pueden hacerse visibles con el vibrómetro láser Doppler.

Para ello, el rayo láser que atraviesa el campo sonoro que se desea medir se explora sobre una superficie blanca estática y se detecta la señal reflejada. A diferencia de las aplicaciones típicas de vibrometría, las diferencias de fase medidas interferométricamente no resultan del movimiento de la superficie reflectante, sino de la variación del tiempo de tránsito desde el vibrómetro hasta el reflector y de vuelta al dispositivo de medición, que son causadas por las fluctuaciones de densidad.
Debido a las fluctuaciones del índice de refracción, el tiempo de tránsito del rayo láser varía desde el vibrómetro láser Doppler (LDV) hasta un reflector situado detrás del campo sonoro que se va a medir y de vuelta al vibrómetro. Una pared blanca puede servir de reflector, por ejemplo. Este cambio en el tiempo de tránsito conduce a un cambio de fase detectado por el vibrómetro.
La densidad y, por tanto, también las fluctuaciones de presión causadas por las ondas sonoras pueden visualizarse de este modo con el software OptoSCAN. Ejemplos de aplicación son la medición del campo sonoro para el desarrollo de transductores ultrasónicos y altavoces. La geometría tridimensional del campo sonoro también puede reconstruirse mediante métodos tomográficos.

Ejemplos prácticos: Transductor ultrasónico

Los transductores ultrasónicos se utilizan a menudo en métodos de ensayo no destructivos o transmisores de señales ultrasónicas. La imagen muestra el campo sonoro de un transductor ultrasónico divergente que se midió con un vibrómetro de barrido láser Optomet.

Campo sonoro de un levitador acústico

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Soldadura ultrasónica mediante análisis de vibraciones

Las vibraciones acústicas ultrasónicas con frecuencias de 20 kHz y superiores se utilizan para unir termoplásticos y piezas metálicas finas. Las velocidades de vibración de varios m/s generan el aporte de energía necesario para el proceso de fusión.

El rango de medición de hasta 25 m/s de los vibrómetros láser monopunto y de barrido de Optomet ofrece una visión detallada del complejo proceso de soldadura. Permiten a los usuarios estimar parámetros de simulación, validar modelos de elementos finitos y contribuir al ajuste fino del diseño del sonotrodo y el yunque.

Una salida de señal digital de 32 bits hace visibles las vibraciones más pequeñas, incluso cuando se superponen a oscilaciones de amplitud mucho mayor.

La larga vida útil de la fuente láser SWIR, incluso en funcionamiento continuo, hace que los vibrómetros de Optomet sean ideales para pruebas de final de línea y control de calidad, así como para la inspección de piezocerámicas recibidas de proveedores.

Los altos niveles de señal de los vibrómetros SWIR de Optomet eliminan la necesidad de cualquier tratamiento surace de mejora de la reflectividad.

Ejemplos prácticos: Mejora de los sonotrodos

El vibrómetro láser Doppler de barrido Optomet permite medir toda la superficie de un sonotrodo y mostrar las formas de deflexión. En particular, en el borde del sonotrodo pueden desarrollarse modos no deseados de gran amplitud, que tienen un impacto significativo en el resultado de la soldadura.

La causa y el origen de estos problemas pueden identificarse eficazmente mediante vibrometría. La validación de modelos de elementos finitos permite una mejora sistemática del proceso ultrasónico y del equipo sobre una base sólida.

Otros ámbitos de aplicación