스캐닝 레이저 도플러 진동계를 이용한 모드 해석

강민식,Gang, Min-Sik 대한기계학회 2000 大韓機械學會論文集A Vol.24 No.10

When spatially dense velocity distribution is measured by a scanning laser Doppler vibrometer, the Fourier transform method provides the real and imaginary parts of the mode shapes in the form of a polynomial. However the Fourier transform method is often impractical because the independent decomposition property of cosine and sine components into real and imaginary parts, respectively, does not hold due to the leakage problem which commonly occurs in the Fourier transform of harmonic signals. To deal with this problem, a Hilbert transform method is newly proposed in this article. The proposed method is free from the leakage problem and relatively robust to the scanning error. A simulation example is provided to verify the effectiveness of this method.

비접촉식 레이저진동계를 이용한 매립형궤도 및 일반 자갈궤도의 변위계측 및 분석

전진택(Jin Taek Jun),강윤석(Yoon Seok Kang),정우태(Woo Tae Jeong),이수형(Soo Hyung Lee),박정근(Jeong Geun Park) 한국철도학회 2014 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.5

철도 궤도에 대한 철도 차량 하중의 영향분석을 통하여 철도 궤도의 건전성을 평가하기 위하여 궤도의 변위를 실시간으로 계측하고 장기적인 변동사항을 분석하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 교통신기술13호로 지정된 수지고정형 매립철도궤도 시스템이 2009년에 최초로 적용된 중부내륙철도 화물차량기지 현장을 대상으로 개발 시스템의 건전도평가 및 일반 자갈 도상궤도시스템의 상대적인 거동분석을 위하여 비접촉식 레이저진동계를 이용하여 차량하중이 작용할 때의 궤도의 수직처짐을 계측하고 분석하였다. 그 결과 개발된 매립궤도 시스템은 우수한 내구성을 확보하고 있는 것으로 판단되며 상대적인 변위를 포함하는 성능면에서도 일반 궤도 대비 틀림이나 처짐에 그 저항성이 우수한 것으로 나타났다. It is important to measure and monitor the displacement of rail in real-time under vehicle loadings and to analyze the changes in long-time. In this study, relative behaviors are to be analyzed for the embedded rail along with conventional ballast rail track in the site. Please note that the embedded rail system is certified as Transportation New Technology #13 in 2013 and was applied in 2009 for the first time in Korea. To measure the vertical displacement of rail track under the vehicle, the non-contact, laser vibrometer was used in a distance to secure the field safety. As a result, the developed embedded rail system proved to have excellent durability and reliability for abnormal track displacement including the vertical displacement.

액체거동의 비접촉 다점측정을 위한 레이저진동계와 갈바노미터스캐너 계측시스템

김준희,신윤수,민경원 한국전산구조공학회 2018 한국전산구조공학회논문집 Vol.31 No.5

슬로싱과 같은 액체의 동적 거동을 측정하고 제어하는 연구가 다양한 공학분야에서 활발히 진행중이다. 건축공학분야에서 도 건축물의 풍진동을 저감시키는 동조액체감쇠기의 연구에 액제 진동이 측정되고 있다. 본 논문에서는 기존 파고 측정 센서의 한계를 극복하기 위하여 레이저 장비 중 LDV와 스캐닝 장비 중 갈바노미터스캐너를 이용하여 동조액체감쇠기 내의 액체 진동을 측정하는 방법을 제안하고 검증하였다. LDV가 속도와 변위를 측정하는 원리를 기술하였고 갈바노미터스캐너의 구동 원리에 따라 LDV의 단일 포인트로 다점측정이 가능한 시스템을 구성하였다. 동조 액체감쇠기의 4점 액체 진동을 측정하여 각 점의 시간 영역 데이터를 기존에 사용하던 비디오 센싱 데이터와 비교하였고 파형 분석을 통해 진행파와 정상파를 구별할 수 있음을 확인하였다. 또한 측정 딜레이가 있는 데이터를 상호 상관을 취하여 특이값 분해를 하고 이론 및 비디오 센싱 결과와 일치하는 고유진동수와 모드형상을 도출하였다. Researches regarding measurement and control of the dynamic behavior of liquid such as sloshing have been actively on undertaken in various engineering fields. Liquid vibration is being measured in the study of tuned liquid dampers(TLDs), which attenuates wind motion of buildings even in building structures. To overcome the limitations of existing wave height measurement sensors, a method of measuring liquid vibration in a TLD using a laser Doppler vibrometer(LDV) and galvanometer scanner is proposed in this paper: the principle of measuring speed and displacement is discussed; a system of multi-point measurement with a single point of LDV according to the operating principles of the galvanometer scanner is established. 4-point liquid vibration on the TLD is measured, and the time domain data of each point is compared with the conventional video sensing data. It was confirmed that the waveform is transformed into the traveling wave and the standing wave. In addition, the data with measurement delay are cross-correlated to perform singular value decomposition. The natural frequencies and mode shapes are compared using theoretical and video sensing results.

스펙트럼 분석기를 이용한 PZT 압전체 박막의 nm 변위 측정

박봉찬,석해진,김태헌,조신욱,김일원,김헌오 한국물리학회 2019 새물리 Vol.69 No.11

Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) piezoelectric materials are widely used in sensors, ultrasonic motors, and actuators for controlling the displacement below micrometer (m). We deposited a PZT film with a thickness of 700 nm on a Pt/TiO2/SiO2/Si substrate via the sol-gel technique. The displacement (in the nm range) of the PZT film according to the alternating voltage was accurately measured by using a Laser Doppler Vibrometer (LDV). The as-deposited PZT film on a silicon substrate was measured differently depending on the degree of clamping of the ac voltage applied to the substrate. For accurate measurement without error due to the fixing effect of this substrate, it was measured by attaching it to a rigid adhesive fixed plate. We analyzed the output signal strength of the LDV in the frequency range of interest by using with a spectrum analyzer to increase the measurement accuracy at low voltage, resulting in a piezoelectric coefficient of 45 pm/V. Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) 압전체는 센서, 초음파 모터, ㎛ 이하의 변위를 제어하기 위한 액츄에이터 등에광범위하게 사용되고 있다. 졸-겔 방법으로 Pt/TiO2/SiO2/Si 기판 위에 700 nm 두께의 PZT 박막을 증착한 후 레이저 도플러 진동계 (Laser Doppler Vibrometer, LDV)를 이용하여 교류 전압에 따른 nm 범위의미세 변위를 정밀하게 측정하였다. 실리콘 기판 위에 증착한 PZT 박막은 인가 전압에 의해 휘어지는특성에 의해 기판의 고정 정도에 따라 변위 값이 다르게 측정된다. 이런 기판의 고정 효과에 의한 오차 없이정확한 측정을 위해 접착제로 기판을 단단한 고정 판에 부착하여 측정하였고 저 전압에서 측정 정밀도를 높이기 위해 스펙트럼 분석기로 레이저 도플러 진동계의 출력 신호를 주파수 영역에서 분석하여 PZT 박막의 nm 변위를 정밀하게 측정하여 45 pm/V의 압전 계수를 얻었다.

HHT와 연속스캐닝 진동계를 이용한 구조물의 모드 형상 복원

경용수(Yongsoo Kyong),김대성(Daesung Kim),Jedol Dayou,박기환(Kyihwan Park),왕세명(Semyung Wang) 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.5

HHT와 연속스캐닝 진동계를 이용한 구조물의 모드 형상 복원

경용수(Yongsoo Kyong),김대성(Daesung Kim),Jedol Dayou,박기환(Kyihwan Park),왕세명(Semyung Wang) 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.6

For CSLDV, the Chebyshev demodulation (or polynomial) technique and Hilbert transform approach have been used for mode shape reconstruction with harmonic excitation. In this paper, the Hilbert-Huang transform approach was applied as an alternative to impact excitation cases in terms of a numerical approach. The vibration of the tested structure is modeled using impulse response functions. In order to verify this technique, a simply supported beam was chosen as the test rig. With additional innovative steps which are the ideal-band pass filter and the nodal point determination, Hilbert-Huang transformation can be used for a good mode shape reconstruction even in the impact excitation case.

레이저 스캐닝 및 정상파를 이용한 평판 구조물의 손상탐지

강세혁(Se Hyeok Kang),전준영(Jun Young Jeon),김두환(Du Hwan Kim),박규해(Gyuhae Park),강토(To Kang),한순우(Soon Woo Han) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集A Vol.41 No.5

본 연구에서는 레이저 스캐닝 및 단일 주파수 정상파 가진과 파수 분석을 통해 구조물의 손상을 탐지하는 기법을 개발하였다. 구조물에 부착된 압전소자를 통해 단일 주파수로 가진하고, 이때 발생한 구조물의 정상상태 응답을 레이저 도플러 속도계와 거울 방향조절 장치를 통해 측정하였다. 구조물의 결함을 탐지하기 위해 정상상태 응답에서 파수 필터링을 이용한 손상 탐지 기법을 개발 및 적용하였다. 부식결함이 발생한 알루미늄 평판과 층간 분리가 발생한 복합재료 구조물에 대한 손상 탐지를 수행하여 손상의 위치와 크기를 정확히 파악할 수 있었다. This paper describes wavenumber filtering for damage detection using single-frequency standing wave excitation and laser scanning sensing. An embedded piezoelectric sensor generates ultrasonic standing waves, and the responses are measured using a laser Doppler vibrometer and mirror tilting device. After scanning, newly developed damage detection techniques based on wavenumber filtering are applied to the full standing wave field. To demonstrate the performance of the proposed techniques, several experiments were performed on composite plates with delamination and aluminum plates with corrosion damage. The results demonstrated that the developed techniques could be applied to various structures to localize the damage, with the potential to improve the damage detection capability at a high interrogation speed.

레이저 도플러 진동계 기반 파이로계측 시스템 시작품 개발

장재경(Jaekyung Jang),김용운(Yongwoon Kim),Haider Abbas,이정률(Jung-Ryul Lee),김재일(Zaeil Kim) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11

시간평균 홀로그래픽 간섭계를 이용한 경계조건의 변화에 따른 원형평판의 진동에 관한 연구

이기백,양장식,나종문 대한기계학회 1992 대한기계학회논문집 Vol.16 No.10

본 연구에서는 원형평판의 경계조건을 일부분은 고정단으로 일부분은 자유단 으로 구성하여 자유단각 .alpha.(Fig.4 참조)를 0˚, 30˚, 60˚, 90˚, 120˚, 150˚, 180˚로 변화시킴에 따른 진동모드를 시간평균 홀로그래픽 간섭계(time-average holographic interferometry)를 이용해 분석하고 자유단의 변화에 따른 고유진동수의 비를 비교하였고, 레이저 도플러 유속계(LDV)를 변형한 레이저 도플러 진동계(laser doppler vibrometer)로 원형평판의 진동변위와 시간평균 홀로그래픽 간섭계로 구한 진 동변위를 비교하였다. This paper presents the vibration mode, natural frequencies and amplitudes of the circular plate due to the changes of the boundary conditions by varying free arc angles. The vibration mode, amplitudes and natural frequencies of the circular plate are obtained by time-average holographic interferometry and laser doppler vibrometer. The vibration modes of the circular plate with the mixed boundary conditions are found from the 1st mode to the 4th mode. The curve shapes of the natural frequency ratios obtained from this study are in a good agreement with other results obtained by numerical analysis. The displacement curves obtained from time average holographic interferometry and laser doppler vibrometer agree well in case of large amplitude, but show a little difference in case of small amplitude.

치형수정된 기어쌍의 치합전달오차 모델링

주상훈,노오현,정동현,배명호,박노길 한국소음진동공학회 1998 소음 진동 Vol.8 No.5

In the gear manufacturing, tooth modification is usually applied for the prevention of tooth impact during the loading. In contrary, tooth profile error causes amplifying the whine noise which is cumbersome to reduce in the automobile gear box. So optimum quantity of the modifications must be obtained for the good performance in the vibrational sense. In this paper, a formulation to define the tooth curve by considering the profile manufacturing error and loading deformation of the gear tooth is suggested and the transmission error and loading deformation of the gear tooth is suggested and the transmission error with modified tooth in the gear system is evaluated. A pair of gear set is mathematically modelled. The equivalent excitation in the gear vibratonal model is formulated. For the experimental evaluaton on the derived transmission error function, a simple geared system is set up in which the gears are designed to give pre-designed tooth profile modification and manufactured by CNC Wire Cutting Machine. Under slow speed operaton, the transmission error of the gear pair is measured by using two rotational laser vibrometers, compared with the calculated one of which the result shows good agreement.