光盘模态测试分析解决方案:全场扫描式激光测振仪LV-SC400模态测试系统

激光多普勒测振仪能实现纳米级、皮米级的振幅分辨率；

系统采用激光作为探测手段，完全无附加质量影响，能够在很小和很轻的结构上进行测量。

系统特点：

振镜可实现40°×50°的偏转角度变化；

相机可实现30x 光学变焦、12x 数字变焦。速度分辨率0.01μm/√Hz，位移分辨率1pm；

测试环境搭建:

1、 信号发生器产生扫频信号，通过压电片激励光盘振动；    

2、 扫描激光测振仪设备搭建。

3、 软件上进行建模布点，激光点进行逐点扫描和采集数据

全场扫描式激光测振仪数据分析：

1、软件上可进行时域分析、频谱分析、频响幅值分析和频响相位分析

2、通过模态算法进行模态分析，分析得到频率、阻尼比

3、振型显示

50 Hz振型（上图）

105 Hz振型（上图）

265 Hz振型（上图）

487 Hz振型（上图）

测试结论：

通过扫描式激光测振仪测试分析得到光盘的固有频率以及模态振型，为评价光盘特性通过了有利的理论依据；

并且用来判读光盘的强度，在光盘高速运转下，进行固有频率的避免，以及进行特定频率下的结构优化。

全场扫描式激光测振仪能够对快速高效地进行模态测试，相比于传统的贴片式传感器有着较大的优势；

全场扫描式激光测振仪不单单可以进行光盘模态测试，也可广泛应用于各类结构分析，超声压电测试以及新型材料的研究中。

http://www.van-hensin.com/product/884

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接着使用全场扫描式激光测振仪LV-SC400，对雾化结构进行扫频模态分析，找出平均振幅处于极值点处的频率，与扫频结果进行回归对比；

最后使用全场扫描式激光测振仪LV-SC400对特定频率下的雾化结构振动进行振型测量，与Ansys仿真结果做比对；

也可使用单点测振测量特定频率与位置处的最大振幅。

测试结果如下：

负载Z方向模态（上图）

我司振动采集系统、动态信号采集分析系统、多功能数据采集系统、应力应变温度采集系统、模态测试系统等，链接如下:http://www.van-hensin.com/product/884

使用激光多普勒测振仪对超声波手术刀进行非接触式测量，可以测量出被测物体的振动，测试过程及结果如下：

1、 测试功率1，位移18.465um：

2、 测试功率2，位移23.1328um

3、 测试功率4，位移27.558um

4、 测试侧面位移0.3365um

连接好单点式光纤激光测振仪硬件(如图LV-FS01型号)，将激光打到被测物体表面（高温），调整测量距离、激光焦距和方向开始测试；

利用单点式光纤激光测振仪获取振动监测信号，从中提取时域、频域和时频域特征，从而进行数据分析；

判断刀具磨损程度，作为刀具能否继续使用的数据支撑。

测量点为旋转刀具的刀柄，故所测得数据为轴的安装偏心引起的振动的和铣削振动合成量，轴转速为6000r/min，故在频谱上可见100Hz主频；

如下图是某刀具运行铣削初期的时域及频域图，主频为100Hz，其他倍频次之（幅值相对较小）；

初步分析因为样品一铣刀在铣削初期，基本没有发生磨损，所以主频为转频

更换同一型号样品二刀具样品进行测试，发现主频由100Hz变为800Hz，分析该刀具出现了8倍转速通过频率，

该频率可能为刀刃开刃产生的刀片通过频率。

拆下刀片对比两个刀片样品，可见第二个样品刀头已经发生磨损和缺角，观察被铣削材料的铣削质量也变差；

左图为样品一刀刃，中图和右图为样品二刀刃

下图左图为刀头处刀刃的加工质量已出现材料的挤压和拉伸变形，图中切削痕迹明显易见；右图为正常刀具的加工质量。

分析样品二刀具主频800Hz原因为：

铣刀为四刃刀当出现先磨损和缺角时将变为8刃刀，在6000r/min刀的工作主频为800Hz刀片通过频率，工作转频100Hz次之。

解决方案：远距离激光测振仪测试

远距离激光测振仪系统优点：

•无需布线“隔空测量“，实现远距离测量；

•对建筑结构施工运维几乎无干扰；

•测试效率是常规接触式加速度传感器的6倍；

•激光测振仪测试数据与加速度传感器差异≤1%；

•测试不同位置，只需操控电动云台，不需要辅助工具高空作业，不要粘贴传感器，将工人从繁琐的操作工序中解脱。

一、系统如何测试：

1）这套技术如何从结构的振动测试计算出拉索索力？

2）这套技术如何保证索力的测试结果准确？

二、应用案例

某大型会议中心

三、远距离激光测振仪应用范围

•建筑桥梁等远距离振动测试；

•因节点等导致的拉索中段集中质量；

•因索长/直径较小导致的抗弯刚度；

•因索两端非固结导致的弹性支撑这些情况，都可以非接触式振动测量。

数据记录 Echelon系列数据记录仪/坚固型数据采集系统在车辆行业数据记录应用中有着成熟的应用，尤其是在研发实验室和整车厂，我们支持从不同标准接口获取不同信号数据，如模拟、数字、计数器、CAN、GPS和视频通道，我们同时也提供各类配套的传感器。
行驶试验 汽车和卡车可以通过计算机设计，并由计算机控制的设备进行生产制造；但是对于各种不同的路况及环境，机器它并不能够替代测试人员完成各种测试工作，这也是平顺性测试的目的；大多数汽车制造商都有自己的试车道或者试车场，对自己的车辆进行测试；对于人们在特定行驶条件下的主观感觉，都对应了精确量化的客观标准，并需要在每辆车上多次测试；通常情况，外环的轨道是用来模拟高速公路测试，中间则是各种复杂的城市道路、郊区路面、泥泞道路、急转弯路和悬架测试。
整车疲劳测试 整车疲劳测试是Echelon的强项，其通过采集数百通道应变计、力和位移传感器的数据，将测试数据记录下来，并立即观察到结果，数据也可以导出成多种标准格式，以标准测试格式进行回放。
部件测试 汽车制造过程中每个部件都必须通过严格的测试，以确保它在装配后不会出现问题；Echelon能够胜任测试各类车辆部件如：发动机、传动装置、制动器、电器系统、机械部件等；多种信号的通用性及自动化测试流程测试使得Echelon适用于各种检测。

另：我们也含有其他型号数据采集系统、振动信号采集系统、模态测试系统、应力应变测试系统等；

坚固型数据采集系统Echelon链接如下：http://www.van-hensin.com/pro_desc/6375.html

MEMS固有频率测试可帮助判断产品是否合格，频率测试需要专业的非接触式测振系统——显微式激光测振仪；

显微激光测振仪不仅能测量微小物体的振动，同时也具有显微镜的功能。

上图:显微式激光测振系统

测试过程中将被测件放在显微式激光测振仪的工装上固定，使用激光测振仪来获取被测件的固有频率和振幅；

测试数据分析和显示使用专业激光测振分析软件DSA。

上图：MEMS器件测试环境和过程

上图:MEMS器件测试固有频率

通过测试可得被测产品有两个固有频率，分别为220.839kHz及346.435kHz，通过测试器件的固有频率及振幅，判断器件是否合格；

显微式激光测振仪通过显微光学系统实现对微小物体的振动测量，可以准确测量MEMS等微小结构元器件的振动和形貌，激光光斑达微米量级；

并可通过显微成像系统实时观察物体的振动状态（频率、速度、加速度、位移）等多维信息。

激光测振仪测振方法是目前能够获取最佳位移和速度分辨率的振动测量方法，已被广泛用于基础科学领域；

它能实现纳米级、皮米级的振幅分辨率，线性度高，在极高频率范围内仍能确保振幅的一致性；

激光测振仪具有非接触、远距离、高精度、高灵敏度和高频响等优点，同时适用于高温环境及各种材质，且不受环境电磁干扰影响。

为了进行机床不同位置以及不同转速下的振动测试，测试前需要进行设备的搭建；

将光点定位到需要测试的位置上，并且调节焦距，使信号达到稳定。

同时需要在软件设置合适的参数（FFT点数、采样频率、高低通滤波等），机床设定转速，稳定运行后进行记录。

位置：刀尖，转速18000r/min 测试

位置：刀柄，转速18000r/min 测试

位置：主轴，转速18000r/min 测试

并且在机床的主轴跳动测试中，激光测振仪也有着成熟的应用；

主轴跳动位移峰峰值为12.2976μm

加速度传感器搭配振动数据采集系统配套使用，数据采集系统链接：http://www.van-hensin.com/product/884

可完成振动数据采集、模态测试等应用。

全场三维扫描式激光测振仪动态应变测量描述：

在结构的疲劳分析中，应变分布可以帮助我们预测由于共振和载荷等影响而出现严重损坏的位置，也有助于识别载荷路径和应力应变集中区域；

此外通过实验获取的全场应变分布还可用于有限元模型的相关性评估和模型的更新优化，提高模型的可靠性和准确性，从而增强工程分析和设计的可信度；

目前广泛使用应变片来获取结构上指定位置的实验应变数据，这种离散点的测量方式受粘贴位置和方向的影响，无法获得准确的全场应变分布；

全场三维扫描式激光测振仪为一种光学非接触式振动测量设备，能够以高分辨、宽频率及低噪声的方式获取被测物体表面的三维位移；

结合位移-应变后处理算法，可以实现高分辨率动态表面应变和应力的准确评估。

图1 初始曲面建模

图2 3D-SLDV速度分解

3D-SLDV使用三个激光头来测量每个激光束方向上的瞬时振动速度，相应的位移可以很方便地由速度计算出来；

将沿着激光束方向测量的三个位移通过正交分解即可转换至统一的全局坐标系中，通过自动扫描就可以得到曲面上所有测点的三维位移数据；

对位移数据进行模态分析，可以获取时域和频域下的位移ODS，得到测点的动态3D位移数据。

图3 测点发生位移后的曲面

图4 三角网格化建模

当测得所有测点的3维位移后，即可通过位移场计算应变场；

对于图4中的每个三角形单元，可以通过坐标变换得到每个单元各节点的局部坐标和位移分量；

如图5所示，编号1,2,3为各节点的逆时针编号，u，v为各节点的轴向位移分量。

图5 单个3节点三角形单元的局部分量

单元应变可通过位移-应变公式得到：

ε是单元应变张量，B为应变转换矩阵，U为各节点位移分量矩阵；

对所有单元执行上述单个三角单元的应变计算，然后转换至全局坐标，即可得到曲面上的全场应变分量；

对所有动态位移数据进行位移-应变转换后，即可得到时域和频域下的动态应变分布。

3、应变测量结果

图6 全场等效应变

得到全场各单元的应变分量后，可通过冯-米塞斯准则，计算等效应变。

通过分析等效应变图便可直观地量化分析应变分布情况，找出结构中应变分布集中区域，用于优化更新结构设计。

本文介绍激光测振仪在高速电主轴振动测试应用

电主轴包括电主轴本身及其附件，包括电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置等；

电动机的转子直接作为机床的主轴主轴单元的壳体就是电动机机座，并且配合其他零部件，实现电动机与机床主轴的一体化；

高速电主轴随着性能的提升，相应的检测设备必须有高的灵敏度、精度及频响，激光测振仪利用非接触式激光多普勒技术可以很好地解决这一问题。

单点式激光测振仪测试方案：

1）单点LDV测量出跳动值、振动速度、实际转速、转速差、转速比；

2）双通道单点LDV（另一个LDV呈90°安装）测量出分离圆度误差和主轴自身的回转误差。

图1  对电主轴振动的现场测试

激光测振仪测试结果

图2.1 单点激光测振仪测试软件现场显示界面

图2.2 双通道单点激光测振仪测试软件现场显示界面

关于差分式激光多普勒测振仪同一点测量数据差值对比，在实验室进行了测试，

使用1台差分式激光多普勒测振仪（一拖二）进行对比测试，产品图如下：

测试环境：将振动台静置在光学台上，差分激光测振仪一前一后放置并将两个光点都稳定在同一点，

改变振动台的频率与幅值进行测试，测试环境如下图：

测试数据如下：

10Hz 测试数据

20Hz 测试数据

160Hz 测试数据

10Hz 时域相位情况图

20Hz 时域相位图

160Hz 时域相位情况图

总结：

通过不同频率不同振幅的采样分析，差分式激光测振仪差值会随振幅变化而变化，但相对误差稳定在1%左右；

通过对时域相位的比较，差分式激光测振仪在时间的一致性能够满足相对位移测试的需求。

本文将介绍单点式激光测振仪在虚焊检测的应用

LV-S01单点氦氖激光测振仪利用激光多普勒原理测量物体沿激光方向的振动；它采用非接触式测量方法，具有自动聚焦、远程聚焦和聚焦存储等功能；

目标测量距离在0.35m-20m之间，设备抗干扰性强，具有很高的分辨率和很大的动态测量范围，设备安装简单快捷适用于各种测量环境。

测试环境

将被测样品使用工装进行固定在样品底部使用激励器进行扫频激励，使用激光测振仪测量样品焊点的振动响应情况，测试示意图如下：

进行重复性测试，确保实验数据稳定可靠，同样进行不同状态样品对比测试析数据，初步建立良品和虚焊品的标准。

测试数据
激光测振仪采集到每个产品的振动数据：

针对数据进行分析，进行特征值的建立区分虚焊产品

测试结果

通过激光测振仪对实验室样品的初步测量，在某些特征值下可以区分虚焊和良品；测试结果也为焊点缺陷检测提供了有依据的数据支撑。

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本文将介绍单点式激光测振仪在超声焊接机振幅测试方面的应用：

超声焊接机在负载时其频率和振幅有较大变化，导致焊接效果不理想，需要测试并检验其在负载时频率和振幅的变化；

而激光多普勒测振仪可现场测试实时显示测试结果，为客户提供所需信息。

空载时超声焊接机激光测振仪测试频率:19847Hz，振幅:单峰值11μm

加载时超声焊接机激光测振仪测试频率:19848Hz，振幅:单峰值11.096μm

一、激光测振仪采用非接触式激光多普勒原理测量方法可解决接触式测量受高温、腐蚀以及恶劣环境影响无法完成的的测试；

激光测振仪可自动聚焦、可在不贴反光膜的情况下测量黑色物体表面的振动，工作距离0-20米，测量速度可达24.5m/s；

下文将为大家分享一下激光测振仪在发动机涡轮叶片进行振动测量的应用。

二、发动机涡轮叶片是冲动式汽轮机转子的组成部分，测试叶片的谐振频率及频响特性是叶片测试的关键；

由于发动机叶片的重量很轻，厚度很薄，体积较小，需使用非接触式激光测振系统测试叶轮的谐振频率及频响；

三、实验过程：

激光测振仪的光点打在叶片最上边角落处，在软件中设置为触发采集状态，即可轻松测到这个叶片的固有频率；

如果我们采用电动旋转台驱动涡轮机，并且按照一定角度转动便可以全自动测量叶片固有频率；

通过比对所有叶片的固有频率我们可以快速的辨别某一个涡轮机的性能是否满足我们要求；

另外我们也可得出发动机的跳动值、振动速度、实际转速、转速差、转速比等；

也可实时显示时间一速度曲线、时间一位移曲线、时间一加速度曲线等。

四、同时我们也可以利用激光测振仪（速度、位移双输出）进行发动机叶片工作变形分析、发动机机械结构缺陷与损伤检测；

电机转速测量、发动机粘弹性材料细棒动力学参数共振法测试、阻尼材料阻尼性能测试以及高温热模态试验；

也可以在物体静止状态下分析物体在静止状态下的频率及位移量来分析其固有频率及外界干扰状况。

一、什么是模态分析

模态分析亦即自由振动分析，是研究结构动力特性的一种近代方法之一，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用；

模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型；

模态参数可以由计算或实验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析；

本篇以汽车车门为实验对象介绍非接触式模态测试系统方案。

为什么要做汽车模态分析：新的汽车产品通过试验来确保其设计、制造、材料、工艺以及制造过程均达到合格的标准，确保其质量;

如气缸及燃烧测试、NVH测试、动力系统测试、模态测试等，而振动以及模态测试是重要的试验之一。

而汽车车门模态分析的最终目的是识别出汽车车门的模态参数，为汽车车门结构系统的振动特性分析振动故障诊断和预报、结构动力特性的优化设计提供依据；

客户需求考虑到减小测试质量的负载，此次方案采用全场扫描式激光测振仪测试方案，此次车门模态分析应用可归纳为:

➢ 振动与噪声控制；
➢ 有限元模型修正与确认；
➢ 获得车门结构的固有频率；
➢ 非接触式激光测振仪模态测试；
➢ 应用模态叠加法求结构响应，确定动强度和疲劳寿命；
下文将会对

全场扫描式激光测振仪系统主要由全场扫描激光头、控制箱、数据采集设备、模态分析软件等构成；模态分析软件主要包含参数识别、振型动画、ODS、模态验证等模块；

此系统可实现汽车车门X、Y方向上的扫描测振以及实现二维、三维动画显示及数据分析，系统构成图如下：

系统实测图(上图)

扫描区软件设置（上图）

车门前六阶模态（上图）

三维几何模型是模态测试及分析的基础，SNDAS-LDV软件“模型建立”模块主界面如下图所示，主要包括模型文件设置、模型刷新、子结构、点、线、面设置、模型显示视图等；

子结构、点、线和面构成了三维几何模型的基本特征。

2、参数识别：

参数识别模块主界面如下图所示，主要包括参数识别方法选择、数据选择及列表、模态识别参数设置、模态文件列表和图形显示区等；参数识别方法和数据选择采用下拉列表的形式；模态参数设置包括分析频段、模态阶次和上下残余差等；模态文件及表格展示参数识别的结果，包括固有频率、阻尼比和振型等参数；各频响函数的幅频和相频曲线显示在图形显示区。

3、振型动画： 

振型是模态重要参数，一般来说我们通过动画的形式，直观反映各阶模态振型，软件“振型动画”主界面如下图所示，包括模型文件、模态文件、振型动画及控制、报告输出和视频输出等功能。

4、ODS： 

相对于常规实验模态分析，工作变形分析是模态分析的重要组成部分，ODS分析能够得到结构在任意时刻和任意频率点下的真实运动状态；SNDAS-LDV软件“ODS”主界面如下图所示，主要由ODS数据文件、三维几何模型和ODS振型动画及控制等组成。

通过模态验证功能可以评估实验模态测试及分析的可靠性；SNDAS-LDV软件“模型验证”主界面如下图所示，主要包括模态文件选择、MAC计算、MAC表格和柱状图等。

利用单点式激光测振仪对在运行的电机进行实时监测，通过时域和频域数据以及相位等手段判断故障点；

测量采用非接触式激光测振技术，避免了原始用贴片以及磁吸传感器的影响，减少附加质量的因素；

搭建好硬件及工装设备，软件设置合适的参数（FFT采样点数、采样频率、高低通滤波等），测试数据下图：

该电机转速工作转速为1500rpm，频谱中可见转频及许多谐波频率，时域波形引起截断，振动相位不稳定；

此类时频域通常是由零部件之间配合不良引起的，由于松动的零部件对转子的动态力产生非线性的响应，

所以将产生许多谐波频率，通过打开电机检修发现电机的轴承衬套在其盖内松动，及时检修避免了设备情况恶化。

电机产线振动监测场景（上图）

不同测点的振动数据可以反馈电机不同部件的问题，可以采取多通道、多传感器同时获取数据；

如下图所见该电机驱动端测点振动烈度异常，频谱中出现了96.17Hz轴承外圈故障频率及该频率的各阶谐波，

且明显提高了噪声变大，分析该电机驱动端轴承存在异常，检修发现该电机驱动端轴承外圈存在明显缺陷。

电机驱动端时频域数据（上图）

驱动端轴承疲劳损伤（上图）

如下图所见该电机非驱动端测点振动烈度明显大于合格产品，且频谱都主要为80.11Hz转频及其各阶谐波，

带有5Hz的边频带，分析该电机存在松动导致的动静件摩擦，检修发现该电机零部件安装时存在松动情况。

电机非驱动端时频域数据（上图）

二、LDV激光测振仪技术原理

LDV激光测振技术原理：激光多普勒测振法

激光多普勒测振法是目前能够直接获取微小位移和速度分辨率的振动测量方法之一，已被广泛用于基础科学领域；激光多普勒测振仪能实现纳米级的振幅分辨率，线性度高，在很高频率范围内仍能确保振幅的一致性；而特性不受测量距离影响；因此无论是近距离的显微测试还是远距离测试，该原理均适用。

激光测振仪系统采用激光作为探测手段，完全无附加质量影响，具有非侵入性，从而能够在很小和极轻质的结构上进行测量；激光多普勒测振仪（Laser Doppler Vibrometer）采用非接触式测量方式，利用激光多普勒频移效应产生频差的原理，并结合激光干涉技术来提取各种物体的振动速度、位移及加速度等信息，其基本原理包含：

激光测振仪原理及组成介绍：

2.1、多普勒效应

振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率发生变化的现象称为“多普勒效应”；当声源远离观测者音调变得低沉，声波的波长增加，频率变小；当声源接近观测者音调就变高，声波的波长减小，频率变大；音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关，这一比值越大改变就越显著，称为“多普勒效应”，公式为：其中f为观察到的频率，f0为发射源于该介质中的原始发射频率，𝑣为波在该介质中的行进速度，𝑣0为观察者移动速度；若接近发射源则前方运算符号为 + 号，反之则为-号；𝑣s为发射源移动速度，若接近观察者则前方运算符号为 - 号，反之则为 + 号; 如果激光测振光波被运动物体反射并被LDV检测到，则所测量到的频移可以描述为公式 :  其中𝑣是物体速度，𝜆是入射波波长;反过来为了能确定目标对象速度，需要在已知波长的情况下测量（多普勒）频移，这正是通过LDV中的激光干涉模块来完成。

2.2、外差干涉

频率的变化通过马赫曾德尔干涉仪转换成光强的时域信号，其频域可用于电子进一步的处理，在干涉仪内激光束被分成参考光束和测量光束；

从探头反射的光与参考光束发生干涉，除了参考光束的强度𝐼R和反射光的强度𝐼M外，光电探测器中记录的强度还包含取决于光程Δr的差值部分，如果该差值是光波长的整数倍，则总强度是单个光强的四倍。

探测器记录的干涉光强度的变化与物体是否接近或远离测振仪无关；鉴于此将光频移典型值为𝑓𝑏(通常为40MHz)的声光调制器（布拉格盒）放置在参考光束中；当参考光束的频率偏移固定量fb时，两个光束对固定探头的干涉都会产生随频率fb变化的谐波强度；

当样本处于静态时，将产生40MHz的典型干涉调制频率；因此当样本朝干涉仪移动时，调制频率会增加；当样本远离干涉仪移动时，则检测器接收到的频率则小于40MHz；这意味着激光测振仪不仅能准确检测光程长度，还能检测出运动方向；获取调制频率途径：双频激光器、声光移频器、电光移频器等。

外差干涉解决方案具有明显的优势：

由于仅使用高频交流信号检测多普勒频率和物体的速度，因此不会受到仪器中低频噪声（例如电源）的干扰;非线性效应光电检测器以及所有信号预处理阶段均不会影响多普勒调制内容的完整性。

3、激光光源

激光光源是确定激光多普勒测振仪性能和眼睛安全性的关键因素；除了传统的基于He-Ne激光的测振仪之外，还推出了基于短波红外（SWIR）激光的测振仪，下文为He-Ne以及SWIR介绍：

3.1、氦氖激光器

He-Ne激光源的波长为632.8nm；红色的测量光束肉眼可见，无需指示激光即可定位；在相对短的波长下，激光束可以聚焦到非常小的光斑直径，这使He-Ne激光测振仪适合用于测量微结构；由于吸收微不足道，氦氖激光器也可以通过水下进行测量。

3.2、红外激光器

为了在反射不良的表面或远处的物体上获得信号和数据质量；使用波长为1550nm的具有最高的眼睛安全等级的的红外激光器，同时用同轴指示激光定位不可见的测量光束；红外测振仪的单纵向激光模式为几乎所有振动测量任务提供了足够信号质量的条件，同时具有高温稳定性、使用寿命长等附加特性。 

4、解调

将测量信号和噪声分离、放大等处理后，从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调；通过解调从干涉光强度中获得有关被测物体运动的信息；转换为数字信号后，信号处理器会实时确定测量对象的位移，速度和加速度；解调（通常也称为解码）包含对位移、速度或加速度的处理。

激光测振仪下的振动位移、速度、加速度关系：

因此三者关系为：位移、速度、加速度都是同频率的简谐波，三者的幅值相应为此外在相位上位移落后速度90º，加速度领先速度90º；

激光测振仪类型激光多普勒测振仪类型包括单点式激光测振仪、差分式激光测振仪、全场扫描式激光测振仪、显微式激光测振仪、多通道激光测振仪等类型，可根据应用需求选取不同类型的激光测振仪。

激光测振仪较传统振动传感器的优势：激光测振仪具有非接触、远距离、精度较高、灵敏度高和高频响等优点，同时适用于高温环境及各种材质，且不受环境电磁干扰影响。

三、3D视觉传感技术原理

3D视觉传感技术原理——深度相机；目前从实现深度相机这个功能的技术层面去分析，有以下几种主流方案：双目、结构光、TOF。

双目深度相机：

双目立体视觉是机器视觉的一种重要形式，被动式深度相机测量类似人类双眼布置，通过两个位置已标定好的2D相机观察同一环境，根据图像内容进行特征点匹配，进而计算深度。

结构光深度相机：

通过近红外激光器，将具有一定结构特征的光线投射到被拍摄物体上，再由专门的红外摄像头进行采集；结构光线会因被摄物体的不同深度区域，而采集不同的图像相位信息，通过运算单元将其变化换算成深度信息，从而获得三维结构；简单来说就是通过光学手段获取被拍摄物体的三维结构，将获取到的信息进行更深入的应用。

ToF深度相机：

测量光飞行时间来取得距离，通过给目标连续发射激光脉冲，然后用传感器接收反射光线，通过探测光脉冲的飞行往返时间来得到确切的目标物距离；TOF法根据调制方法的不同，一般可以分为两种：脉冲调制和连续波调制。

四、LDV激光测振仪及3D视觉传感部分产品介绍

4.1、LDV激光测振仪产品系列

4.2、氦氖单点激光测振仪

应用领域比如工业机器人定位检测、工业自动化振动检测、电力设备故障监测、能源设备健康状态监测、精密数控机床振动测试等。

4.3、3D视觉传感产品介绍

识别类

定位类

五、需求分析

需求分析1：激光测振

振动和噪声是产品品质重要评测标准之一，因为它关系到产品的质量、可靠性和寿命，关系到人们的安全和健康，所以必须对振动和噪声进行监测和控制；振动和噪声的传统检测方法是用手摸外壳，用耳朵听异音等；或用接触式传感器进行检测。这些传统检测方法存在如下的缺点：测试结果存在人的主观因素，结果不准确，易误判；测试效率低；影响工作人员的身体健康；容易损伤产品外观；接触式传感器频繁接触易损坏，增加制造成本。

需求分析2：基于激光测振仪和3D视觉智能机器人解决方案

为了解决传统振动噪声监控方法的缺点，采用非接触的LDV激光测振与3D视觉传感的多传感融合及智能机器人技术，可以为智能制造领域提供完善的解决方案。

六、应用案例分享

6.1、电力智能巡检机器人（振动、声音监测）

6.2、测量机器人手臂的振动

6.3、工业机器人振动抑制测试

6.4、机床刀具磨损诊断

6.5、运动控制平台振动测试

6.6、电机生产线振动监测与诊断

七、5G智能机器人感知及健康诊断

7.1、光电感知与健康诊断平台概述

5G智能机器人物联网光电感知与健康诊断平台以LDV激光测振传感及3D视觉传感为核心，结合其它声音、振动、温度、应变等多种感知技术，在5G物联网基础上采集海量数据，并进行AI人工智能分析，从而对设备状态实现健康诊断，进一步提出改善方案。

7.2、光电感知与健康诊断平台技术框架

7.3、基于5G物联网的光电感知终端

八、综述：

所以激光测振传感是人类视觉，听觉，触觉三种感官的延伸，将在机器人产品及设备的质量识别领域获得应用；深度相机就是终端和机器人的眼睛；随着机器视觉，自动驾驶等颠覆性的技术逐步发展，采用3D相机进行物体识别、行为识别、场景建模的相关应用将越来越多；振动和噪声是产品品质重要评测标准之一，因为它关系到产品的质量、可靠性和寿命，关系到人们的安全和健康，所以必须对振动和噪声进行监测和控制；为了解决传统振动噪声监控方法的缺点，采用非接触的LDV激光测振与3D视觉传感的多传感融合及智能机器人技术，可以为智能制造领域提供完善的解决方案；普通的光学视觉传感仅可以看到物体的表面，而激光测振传感可探查到物体的内在特性。

   公司代理的数据采集系统具有坚固、可靠、使用方便的特点用于地爆器材研制中所需要的诸如外场物理场参数、民用爆破地震动参数、高冲击等的测量，以及防护工程、道路桥梁、工程机械等工程兵各专业的室内外试验研究和工程参数检测。

    Synergy、Echelon、Saturn等各型号数采都各有千秋，且都能通过外接不同类型传感器适用于不同领域的测量。 

    我司含有其他应用与规格振动采集系统、动态信号采集分析系统、多功能数据采集系统、应力应变温度采集系统、模态测试系统等，链接如下：

http://www.van-hensin.com/product/884

精密光学仪器在生物学、化学、物理学、天文学等科研工作中发挥着重要作用，但是仪器的微小振动对精密光学仪器的使用有着很大的影响；微小振动会影响精密光学仪器的图像稳定性、焦距稳定性、对齐和校准的精确度等；其中大理石隔振台对精密光学仪器的减振有着重要的作用；其影响主要体现在减小振动、提供平稳支撑和环境隔离等方面；这些影响有助于提高仪器的精确度、稳定性和可靠性，从而保证仪器能够正常运行并获得准确的测量结果；本案例使用单点式激光测振仪LV-S01对精密光学仪器的玻璃载物台进行微小振动测量，可有效、快速地测量出不同的大理石隔振台对精密光学仪器的振动影响，进而筛选更加合适的大理石隔振台用于精密光学仪器，帮助精密光学仪器提升整体的稳定性以及质量。

本期案例

本实验是用单点式激光测振仪LV-S01对精密光学仪器的玻璃载物台进行振动位移测试，分别测试大理石隔振台A、B在静态以及外界激励下对玻璃载物台的减振效果；精密仪器表面不适合使用接触式测量，附加质量会影响仪器的微小振动变化，故选用激光测振仪是作为测量仪器的首选之一。

测试频谱图如下所示：

隔振台A-静态-环境激励

隔振台B-静态-环境激励

隔振台A-动态-气泵激励

隔振台B-动态-气泵激励

数据分析：

通过测试分析对比发现无论静态-环境激励还是动态-气泵激励情况下，大理石隔振台A的减振效果都优于大理石隔振台B。

产品链接：单点式激光测振仪LV-S01-激光多普勒测振仪

直升机踏板力测力传感器应用概述：

直升机的脚蹬控制着直升机的飞行方向和俯仰角度，运用踏板力传感器的可以让工程人员精确地了解施加在脚蹬上力的大小；

使用产品：踏板力传感器（LAU系列）及与之配套的仪器仪表（IPM650, IHH500, USB采集模块和CSG110放大器）。

工作原理：

本方案中采用单点式光纤激光测振仪LV-FSO1对空间站机械臂部位进行抑振测试。

测试环境搭建如下：

现场搭建好光纤激光测振仪测试环境，测试对象为6轴机械臂，测试仪器选型为光纤单点激光测振仪LV-FS01；

测点应客户要求选取为6轴法兰盘固定的工件表面，激励方式为力锤敲击，激励点为6轴法兰盘。

测点及仪器选型如下：

测试数据——固有频率如下：

数据整理如下：

此次案例数据主要获取的是机械手臂6轴前端的工件固有频率，对于不同部位的抑振需求，需针对性选取测点进行测试；

如若研究如何实现关节位置控制的同时，如何稳定和衰减机械臂及其关节的低频挠性振动，就需要在6个关节处附近选取测点进行测试；

此类试验数据对大型挠性机械臂设计，动力学与控制研究中具有可应用的参考价值。

使用全场扫描式激光测振仪LV-SC400，其非接触、无附件重量影响、测量精度较高的优势凸显出来。

太阳能电池板模态分析图

力锤敲击时域波形（敲击三次）

太阳能电池板响应时域波形

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作为一种新型的非接触式振动测量仪器，单点扫描式激光多普勒测振仪可以有效规避传统模态分析方式中存在的问题；

在大型结构件的模态分析应用中越来越受到关注。

单点扫描激光测振仪

采用激光光源发射激光束，并借助高速扫描振镜将激光束快速扫描于被测结构物表面，进而实现对结构物表面振动信号的测量。

一阶模态频率 5.8Hz 

二阶模态频率 39Hz

三阶模态频率 134Hz

四阶模态频率 235Hz

总的来说扫描激光测振仪在大型结构件的模态分析应用中可以提供精度较高、灵敏度较高的测量手段，

为结构的设计、改进和安全评估提供支持，从而提高结构设计和改进的效率和可靠性。

单点扫描式激光测振仪LV-SC400利用非接触式多普勒原理测量方法，目标测量距离在0.2m-20m之间，设备抗干扰性强，具有很高的分辨率；

不仅可以准确的对各种物体的振动、位移、速度以及加速度等进行测量，还可以进行ODS以及模态分析；

产品链接：全场扫描式激光测振仪LV-SC400-激光多普勒测振仪

激光多普勒测振仪振仪机台振动检测

自动化机台在各行各业中的应用越来越广泛，由于机械设备的长期使用，振动问题成为稳定性和可靠性的重要考量因素；

舜宇激光测振仪以有效地进行自动化机台振动检测；动化机台振动问题可能导致机械部件的磨损、松动或损坏，甚至引发故障；

激光测振仪通过高精度的振动测量，可以准确地确定机台的振动情况，包括振幅、频率和相位等参数；

这些数据可以帮助工程师及时发现潜在的振动问题，并采取相应的维修或调整措施，从而避免机台故障和停机时间的损失。

激光多普勒测振法是目前能够快速获取位移和速度分辨率的振动测量方法，已被应用于基础科学领域；

它能实现纳米级、皮米级的振幅分辨率，线性度高，在很高的频率范围内仍能确保振幅的一致性；

这些特性不受测量距离影响，无论是近距离的显微测试还是超远距离测试，该原理均适用；

系统采用激光作为探测手段，完全无附加质量影响，具有非侵入性，从而能够在很小和轻质的结构上进行测量。

激光测振仪机台振动检测案例

由于自动化机台配备相机等方式进行视觉上对产品进行定位、检测等，因此在相机安装结构上对振动的检测变得由为重要；

过大的振动会导致定位的不准确等不良影响，因此需要对机台进行振动检测；

测试环境

测试数据

①机台某一位置的振动数据（未进行抑振处理）

②同一位置的振动数据（进行抑振处理）

激光测振仪测试数据分析：

更多激光测振仪型号请咨询北京万源恒兴科技有限公司销售人员。

激光测振仪电机异响振动测量背景：

通为了消除原始用贴片传感器的影响，减少附加质量的因素，因此在电机异音振动测量采用非接触式激光测振检测；

将能够正常工作的电机使用测试工装将其固定不动，此时将光束的光斑垂直打在被测点上，再使用手动或者自动的方式将其聚焦；

设定合适的FFT采样点数和采样频率，使用激光测振仪测量Z轴方向上的振动；

上位机自动记录某一个时间段的数据，通过多组数据对比进而找寻到振动的异常频率段进行分析。

多普勒激光测振仪测试数据如下：

在重复性测试上，相同的方法同一试验材料，在相同的条件下获得的一系列结果之间的一致程度；

使用激光测振仪在同一点位上重复测量十次，同样进行稳定性测试，模拟重复上下料十次，记录数据。

同时对于重复性和稳定性数据进行分析，进行标准差计算，如下图：

从激光多普勒测振仪测试数据图中可以看出：

在重复性中，最大标准差为0.011，在稳定性中，最大标准差为0.018；

从测试数据上看，激光测振系统测试无论是重复测试还是在同一点的位置附近测试的数据都可以控制在2%以内；

对时域、频域进行分析，对于良好情况与各类不良情况的被测物进行分析对比，寻找异常的特征点进行分类；

振动与异音良品的被测物频域数据如下图所示：

样品被测物中存在动平衡大导致振动大以及存在异音，测试频域数据如下图所示

样品被测物中存在轻微轴承音导致异音，测试频域数据如下图所示

激光测振仪电机异响测试结论

从数据可以看出对不同问题状况电机的对比测试中，可以从频域数据中较为明显的分辨出问题的频域段；

从接触式的贴片传感器到非接触式的激光测振，误差更小，数据更具有可靠性，为振动测试提供了一个科学可靠的的依据。

产品详情请咨询北京万源恒兴科技有限公司销售人员！

LDV光纤激光测振仪振动冲击测试背景：

火炮后座、复进速度是火炮设计中的重要参数，因为其振动高、位移大，一般的传感器不容易准确测试出火炮的后座、复进速度；

激光测振仪使用动态干涉技术，可快速的测试出火炮后座、复进的速度，本试验采用LDV光纤激光测振仪LV-FSO1进行高冲击测量;

光纤激光测振仪产品优点：灵敏度较高，量程大，可达49m/s，无需贴反光膜，产品图如下：

LDV光纤激光测振仪测试数据如下：

LDV激光测振仪成功的用于中国海军某部大口径火炮的测试，为后续的火炮研发、改进提供了可靠的数据基础。

远距离激光测振仪LV-RFS01测试背景：
风机叶片振动测量是风机运行状态监测的重要组成部分之一，传统接触式传感器高空安装困难，测量精度较低，接触式振动监测比较困难；

而远距离激光测振仪不受距离和安装位置影响，下文对某风力发电厂叶片进行了测试。

测试仪器:远距离激光测振仪LV-RFS01

远距离激光测振仪（LV-RFS01）可快速、轻松地实现对远距离风机叶片、建筑物、高压电塔以及其他结构的动力学检测；

它利用激光多普勒干涉仪技术，具有测量方便、便于携带、易于安装、非接触式等优点。

远距离激光测振仪测试场景

下图风机叶片静止时叶片尖部测试数据

远距离激光测振仪产品详情请咨询北京万源恒兴科技有限公司销售人员！

单点扫描式激光测振仪应用背景：

在应用力学和许多工程领域中，位移场、应变场和应力场的测量都十分重要；

随着测试环境和测试精度等需求的不断提升，传统接触式有限点的测量方法面临很大的局限性；

最常用的接触式应变测量方法只能得到离散点上的应变数据，对于轻质结构，还会产生附加质量影响；

非接触式测量方法，如光弹性法、X射线衍射、数字图像相关和全息干涉测量等，都有特定场景下的应用；

激光多普勒振动测量技术的发展，为非接触全场动态应力应变测量提出了新的解决方案之一；

本文将通过单点扫描式激光测振仪测量表面振动信息，并结合后处理算法，实现分辨率较高的动态表面应变和应力的评估。

测试对象

梁是一种简单的结构，它的优点是可以通过理论计算得到精确的应力应变分布，而且易于从试验和模型的角度描述其性能；

本次测试采用型号为6061的铝制对称悬臂梁作为测试对象，通过激振器对梁的固定端施加10Hz-10kHz的正弦激励载荷。

单点扫描式激光测振仪可通过高速扫描振镜来实现结构表面的振动测量，从而得到真实的高分辨位移变形数据，

然后通过后处理软件计算出应变和应力。

测试区域水平方向为40mm，竖直方向为70mm，测点布置为6×31，共186个测点，通过扫描即可快速获取每个测点的位移信息。

扫描测点布置 ▲

某时刻测点位移图▲

测得某时刻下测点的位移数据后，即可通过应力应变后处理软件，得到当前时刻下的全场的应变数据和应力数据。

应变图▲

应力图▲

通过使用扫描激光测振仪对结构振动进行测量，并进行应力应变分析，可以确定结构中应变和应力最大的区域；

进而能够预测结构中最有可能由于共振而出现故障或严重损坏的位置；

动态应变分布也可以为疲劳试验提供高精度的测量数据，对改进结构设计和保证结构的安全可靠性具有重要意义。

单点扫描式激光测振仪利用多普勒原理测量，采用非接触式测量方法，目标测量距离在0.2m-20m之间，设备抗干扰性强，

具有很高的分辨率，不仅可以准确的对各种物体的振动、位移、速度以及加速度等进行测量，还可以进行ODS以及模态分析。

激光多普勒测振仪测试背景：

发电机组在稳态和暂态运行过程中，机组部件承受交变的大幅低频动应力和小幅高频动应力，导致机组的振动；

机组稳态和暂态过程中轴系的振动、摆度大，轴系动力特性复杂，机组轴系机械-电磁耦合相互作用；

机组定子铁心振动，造成机组定子铁芯紧固螺栓松动、叠片翘起等故障，因此需要对关键部位螺钉松紧进行振动监测。

1.测试硅钢片原始表面和机油表面0.1Hz的位移；

2.测试M8螺钉力矩与连接板深度关系；

3.测试M8螺钉在8N.m-12N.m之间，增加碟形垫片后的形变程度；

1.硅钢片测试

1.1.用信号发生器作为激励源；

1.2.用激光测振仪LV-FS01测试硅钢片原始表面和机油表面0.1Hz下的幅值；

数据分析

结果分析1：激光测振仪可以测出原始表面0.1Hz下幅值2.2469μm，机油表面0.1Hz下幅值1.5702μm；

2.M8螺钉力矩与连接板深度关系测试

2.1.把M8螺钉固定到连接板上，通过力矩扳手施加不同力矩，游标卡尺测试螺钉表面到连接板的深度；

2.2.测试0N.m，2N.m，4N.m，6N.m，8N.m，10N.m，12N.m力矩下的螺钉表面到连接板的深度；

注释：M8螺钉强度等级为4.8级，根据螺栓拧紧力矩表格,以4.6级为依据，最大力矩为12N.m，因此测试力矩采用12N.m；

数据分析

结果分析2：螺钉表面到连接板的深度随着力矩的增加而减小。

3.新工装M8螺钉在8N.m-12N.m之间，增加碟形垫片后的形变程度；

3.1.把M8螺钉固定扳手上（螺钉从扳手背面插入，螺母在前面），通过力矩扳手施加不同力矩；

3.2.测试8N.m，8.5N.m，9N.m，9.5N.m，10N.m，10.5N.m，11N.m，11.5N.m，12N.m力矩下的螺钉位移偏移量；

3.3.测试非振动环境和振动环境（人为模拟振动环境）；

数据分析

结果分析3：在振动环境下与非振动环境下，位移偏移量随着扭矩的增加而增大。

1.硅钢片测试实验          

结论：激光测振仪可以测出原始表面0.1Hz下幅值2.2469μm，机油表面0.1Hz下幅值1.5702μm；

2.M8螺钉力矩与连接板深度关系测试         

结论：螺钉表面到连接板的深度随着力矩的增加而减小；

3.新工装M8螺钉碟形弹簧位移量测试 

结论：在振动环境下与非振动环境下，位移偏移量随着扭矩的增加而增大。

对此我们采用单点式激光多普勒测振仪进行振动测试。

测试方案

测试结果

振动数据采集系统链接：http://www.van-hensin.com/pro_desc/6487.html

工厂仪器设备在使用过程中的不良振动，会使工厂墙壁结构产生裂缝，影响结构的耐久性、影响生产，甚至导致结构的破坏；

北京万源恒兴科技有限公司实验使用微小型激光测振仪对工厂墙壁进行振动监测。

使用微小型激光测振仪测量工厂墙壁的振动的优势：

6、体积小、方便安装，特别适合与安装空间受限的测试环境。

激光测振仪测试数据如下：

如上表所述，激光测振仪在测量工厂墙壁振动方面具有非接触性、宽频测量范围、高灵敏度、实时监测能力

以及数据分析和记录等优势，这使得它成为工厂墙壁振动监测和结构健康评估中一种可靠而有效的工具之一。

单点式激光测振仪吸气阀片振动冲击测试背景：

吸气阀片是压缩机的核心部件，其质量的好坏直接影响产品的品质，本实验使用激光测振仪对吸气阀片冲击振动进行了测试；

测试效果较为理想，真实的反映了吸气阀片工作中的振动过程，测试过程如下：
1、把激光测振仪（使用单点式激光测振仪LV-S01 激光多普勒测振仪）固定至三脚架上，调整光路，

使其照射到被测物体表面，并保证在被测物体振动的过程中，激光始终打在被测物体表面；

2、开启电脑，打开测试软件，准备记录数据；
3、启动吸气阀片；
4、使用软件对被测物体进行测试。
现场测试环境测试曲线如下：

振动速度测试曲线如下：

激光测振仪测试曲线的分析：

从图上可以看出，振动速度峰峰值为6.86m/s，在一个振动周期内出现三个较大的波，一个较小的波，

该测试真实的反映了物体振动的过程。

激光测振仪产品请咨询北京万源恒兴科技有限公司工作人员！