음향 및 초음파

 

혁신적이고 정밀한 측정 기술을 통한 음향 및 초음파 측정

레이저 도플러 진동계는 음향 및 초음파 분야의 까다로운 작업에 없어서는 안 될 도구입니다. 레이저 도플러 진동계는 멤브레인이나 기타 움직이는 표면 등 소리의 발생원에서 직접 진동을 시각화합니다. 비접촉식 측정 원리로 정밀하고 선형적이며 환경의 영향을 받지 않습니다.

옵토메트 레이저 진동계는 스피커 시스템 개발, 악기 제작, 초음파 센서, 마이크, 휴대폰 및 초음파 소노트로드 개발뿐만 아니라 소비재, 백색 가전, 자동차 및 항공기 부품의 음향 설계 또는 FE 모델 검증에서도 그 가치를 입증해 왔습니다.

악기 사운드 최적화

옵토메트의 레이저 진동계는 악기 제조업체가 음질, 내구성 및 디자인 특성과 관련하여 악기를 최적화할 수 있도록 지원합니다.

기존의 접촉식 센서로는 현에 부착하기 어렵기 때문에 악기 현을 검사하는 것이 사실상 불가능합니다. 또한 가속도계와 같은 센서에 의한 질량 하중은 측정 대상의 동적 응답을 손상시킬 수 있습니다. 기타와 현악기의 사운드 박스, 피아노와 그랜드 피아노의 사운드 보드에서도 비슷한 문제가 발생합니다.

옵토메트 레이저 도플러 진동계를 사용하면 물리적인 접촉 없이도 진동 진폭, 공진 주파수, 감쇠 및 악기 개발 시 재료 선택의 영향을 체계적으로 조사할 수 있으므로 악기의 특성에 영향을 미치지 않습니다.

공명체의 진동 분석을 통해 악기 본체의 표면 진동을 감지하고 시각화할 수 있습니다. 진동 모드 또는 숨겨진 소리를 주파수 스펙트럼에서 명확하게 식별하고 분류할 수 있습니다. 이를 통해 기타, 바이올린, 피아노, 드럼 및 기타 여러 악기의 고유한 사운드를 명확하게 분석할 수 있습니다.

추가적인 품질 평가 및 사운드 특성 분석은 진동 전파의 시간 표현입니다. 이 방법은 공명체를 통한 파동 전파의 시간 경과를 명확하게 결정합니다.

비올론첼로의 진동과 기하학적 구조

Vibration and Geometry of a Violoncello

간섭계 음장 측정

공기 등의 매질에서 음파가 전파되면 밀도의 공간적, 시간적 변동이 발생합니다. 굴절률과 빛의 속도는 매체의 밀도에 따라 변하기 때문에 레이저 도플러 진동계로 음파에 의한 밀도 변화를 볼 수 있습니다.

이를 위해 측정할 음장을 통과하는 레이저 빔을 정적인 흰색 표면에서 스캔하고 반사된 신호를 감지합니다. 일반적인 진동 측정 애플리케이션과 달리 간섭 측정된 위상차는 반사 표면의 움직임이 아니라 밀도 변동으로 인해 진동계에서 반사기로, 다시 측정 장치로 이동하는 시간의 변화로 인해 발생합니다.
굴절률의 변동으로 인해 레이저 빔의 이동 시간은 레이저 도플러 진동계(LDV)에서 측정할 음장 뒤에 있는 반사기로, 그리고 다시 진동계로 이동하는 시간이 달라집니다. 예를 들어 흰 벽이 반사판 역할을 할 수 있습니다. 이러한 통과 시간의 변화는 진동계가 감지한 위상 변화로 이어집니다.
이러한 방식으로 음파로 인한 밀도 및 압력 변동을 OptoSCAN 소프트웨어로 시각화할 수 있습니다. 응용 사례로는 초음파 트랜스듀서 및 스피커 개발을 위한 음장 측정이 있습니다. 음장의 3차원 기하학적 구조는 단층 촬영 방법을 사용하여 재구성할 수도 있습니다.

실제 예제: 초음파 트랜스듀서

초음파 트랜스듀서는 비파괴 검사 방법이나 초음파 신호 송신기에 자주 사용됩니다. 그림은 Optomet 레이저 스캐닝 진동계로 측정한 발산 초음파 변환기의 음장을 보여줍니다.

음향 공중부양기의 음장

음향 부양 기 음장

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진동 분석을 통한 초음파 용접

20kHz 이상의 주파수를 가진 초음파 음향 진동은 열가소성 플라스틱과 얇은 금속 부품을 접합하는 데 사용됩니다. 수 m/s의 진동 속도는 용융 공정에 필요한 에너지 투입으로 이어집니다.

옵토메트의 단일 포인트 및 스캐닝 레이저 진동계의 최대 25 m/s 측정 범위는 복잡한 용접 공정에 대한 상세한 통찰력을 제공합니다. 이를 통해 사용자는 시뮬레이션 파라미터를 추정하고 유한 요소 모델을 검증하며 소노트로드 및 앤빌의 설계를 미세 조정할 수 있습니다.

32비트 디지털 신호 출력은 훨씬 더 큰 진폭의 진동에 중첩된 경우에도 가장 작은 진동을 볼 수 있게 해줍니다.

연속 작동 시에도 SWIR 레이저 소스의 수명이 길기 때문에 Optomet의 진동계는 최종 라인 테스트 및 품질 관리뿐만 아니라 공급업체로부터 받은 압전 세라믹의 검사에 이상적입니다.

Optomet의 SWIR 진동계는 신호 레벨이 높기 때문에 반사율을 높이는 서페이스 처리가 필요하지 않습니다.

실제 사례: 소노트로드 개선

옵토메트 스캐닝 레이저 도플러 진동계는 소노트로드의 전체 표면을 측정하고 처짐 모양을 표시할 수 있습니다. 특히 용접 결과에 큰 영향을 미치는 높은 진폭의 원치 않는 모드가 소노트로드 가장자리에서 발생할 수 있습니다.

진동 측정을 사용하면 이러한 문제의 원인과 원인을 효율적으로 파악할 수 있습니다. 유한 요소 모델의 검증을 통해 초음파 공정과 장비를 체계적으로 개선할 수 있습니다.

추가 적용 분야