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Jun 03, 2023

Comparação de três completos

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 3261 (2023) Citar este artigo 1385 Acessos 1 Detalhes da Altmetric Metrics Correlação de imagem digital, deflectometria e holografia digital são alguns dos

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 3261 (2023) Citar este artigo

1385 Acessos

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

Correlação de imagens digitais, deflectometria e holografia digital são algumas das técnicas de medição óptica de campo total que amadureceram nos últimos anos. A sua utilização em aplicações vibroacústicas está a ganhar atenção e há necessidade de catalogar o seu desempenho, a fim de fornecer, a uma ampla comunidade de utilizadores e potenciais futuros utilizadores, avaliações quantitativas e qualitativas destas três abordagens. Este artigo apresenta uma comparação experimental dos três métodos ópticos no contexto de medições de vibração, juntamente com medições de referência clássicas fornecidas por um acelerômetro e um vibrômetro laser Doppler. O estudo é realizado em duas estruturas mecânicas que apresentam diversas respostas vibratórias quando submetidas a um impacto.

Em muitos domínios, como transporte terrestre, naval ou aéreo, as vibrações estruturais estão intimamente relacionadas com a confiabilidade mecânica e as fontes de ruído. As vibrações podem ser geradas por diferentes tipos de excitação: mecânica, acústica, aerodinâmica, magnética, etc. A compreensão dos fenômenos vibratórios é geralmente realizada através da análise das respostas vibratórias operacionais, que correspondem ao campo vibratório resultante das excitações no contexto prático. . As respostas operacionais à vibração são úteis para determinar caminhos de transferência vibratória, realizar uma análise modal da estrutura, identificar fontes de excitação ou prever ruído irradiado. Portanto, o campo de vibração é o dado básico de entrada para tais aplicações. Em aplicações de vibração e acústica estrutural, os comprimentos de onda de vibração de interesse estão geralmente na faixa de centímetro a metro. Uma medição de vibração de campo completo de uma superfície normalmente exigirá de 6 a 10 pontos por comprimento de onda para garantir uma amostragem espacial adequada e, portanto, pode implicar um número muito grande de pontos de dados em grandes estruturas. Do ponto de vista experimental, diversas abordagens mais ou menos sofisticadas podem fornecer campos vibratórios.

O acelerômetro é certamente o sensor mais utilizado para medições de vibração no mundo acadêmico e industrial devido à sua robustez, sensibilidade, ampla largura de banda e alta faixa dinâmica. No entanto, ele só produz medições pontuais do campo vibratório no local onde está fixado à estrutura. Para obter uma coleção de pontos de dados de vibração, é necessário repetir a medição movendo o sensor ou aumentar o número de sensores enquanto aumenta a complexidade geral da configuração. Além disso, o comportamento da estrutura pode ser modificado localmente pela massa adicionada do acelerômetro e pelo amortecimento adicional do cabo conectado. Na maioria das aplicações, a massa do acelerômetro é escolhida de forma que a estrutura sofra uma perturbação suficientemente pequena. No entanto, os acelerómetros são sempre intrusivos e ainda mais no caso de estruturas leves.

O progresso significativo na tecnologia e instrumentação a laser levou ao desenvolvimento de medições sem contato com a vibrometria laser Doppler (LDV). O princípio básico é o deslocamento da frequência Doppler da frequência do laser refletido devido ao movimento da superfície medida. O vibrômetro laser Doppler, portanto, fornece medições de velocidade ao longo da direção do feixe . O principal interesse do vibrômetro a laser é medir o campo vibratório sem qualquer contato e sem qualquer intrusão na superfície da estrutura. Além disso, o desenvolvimento do vibrômetro Doppler a laser de varredura agrega a possibilidade de obtenção de uma coleção de pontos de dados na superfície inspecionada5,6,7,8. Nesse sentido, trabalhos anteriores relataram a varredura de 256 pontos ao longo de uma linha até 80 kHz5,6, o uso de elementos ópticos holográficos associados a um sensor CMOS (vibração medida até 100 kHz7), o uso de multiplexação de frequência (20 pontos com \(5 \times 4\) feixes8), ou a utilização de três dispositivos acústico-ópticos e um único fotodetector de alta velocidade (\(5 \times 4\) feixes com taxa de 500 Mamostras/s9). Embora estas abordagens produzam um conjunto de medições independentes em vários pontos da superfície, o número de medições simultâneas permanece limitado. Para adquirir a resposta vibratória em muitos pontos, a vibrometria laser Doppler requer a repetição da medição e, portanto, o uso de fontes de excitação controladas e repetíveis. Várias evoluções surgiram nos últimos anos, como a extensão 3D do vibrômetro Doppler de varredura a laser para medir todos os 3 componentes do campo vibratório, com possível acoplamento com um braço robótico10. Tais ferramentas são muito poderosas para análise de vibração de estruturas complexas, mas são caras.