Monitorowanie wibracji przy użyciu kamer

fot. pixabay

Japońscy naukowcy zademonstrowali technologię wizyjną przeznaczoną do monitorowania drgań maszyn i konstrukcji, która według nich może przezwyciężyć ograniczenia konwencjonalnych technologii pomiaru drgań, takich jak akcelerometry i czujniki piezoelektryczne.

Tradycyjnie monitorowanie drgań opiera się na czujnikach kontaktowych. Związane z nimi technologie posiadają jednak ograniczenia.

Wymagają one fizycznego kontaktu z monitorowaną powierzchnią, co może być trudne do uzyskania w przypadku elementów ruchomych, obracających się lub niedostępnych. Czujniki tego typu monitorują również drgania w określonym punkcie, co wymaga zastosowania wielu czujników w przypadku dużych lub złożonych konstrukcji. Trudne warunki środowiskowe, takie jak ekstremalne temperatury, wilgotność lub warunki korozyjne, mogą pogorszyć wydajność lub żywotność sensorów. Dodatkowo, ich konserwacja może być czasochłonna i kosztowna, szczególnie w odległych lub ciężko dostępnych lokalizacjach. Wiele czujników kontaktowych opiera się ponadto, na połączeniach przewodowych, co może ograniczać ich zastosowanie w aplikacjach, w których okablowanie jest konstrukcyjnie nieuzasadnione.

Japońscy naukowcy z Uniwersytetu w Hiroszimie opracowali szybką platformę wizyjną zdolną do zdalnej wizualizacji drgań, co pozwala przezwyciężyć powyższe problemy.

Badacze użyli kamery Mikrotron EoSens CoaXPress 12 do rejestrowania ośmiobitowych obrazów w skali szarości o rozdzielczości 1920 x 1080, które przedstawiały drgające obiekty z prędkością 1000 klatek na sekundę. Obrazy zostały przesłane do komputera, który oszacowywał przemieszczenia z częstotliwością do 500 Hz w czasie rzeczywistym.

Aby zweryfikować jego wydajność, japońscy naukowcy przeprowadzili dwa zestawy testów monitorujących częstotliwości drgań. W pierwszym z nich obserwowali metalowy talerz perkusyjny po uderzeniu go pałeczką. Kamera rejestrowała obrazy z odległości czterech metrów. Talerz został pokryty czarno-białym, cętkowanym wzorem, aby uzyskać punkty pomiarowe. Wyniki ujawniły częstotliwości dominujące odpowiadające częstotliwościom własnym talerza perkusyjnego. W drugim teście stalowa skrzynia (również pokryta wzorem) była potrząsana przez maszynę do badań wibracyjnych. Chociaż wszystkie punkty drgały z tą samą częstotliwością dominującą, amplitudy na górze skrzyni okazały się być większe niż na dole. Dane tego typu mogą być wykorzystane do wykrywania uszkodzeń mechanicznych oraz analizy strukturalnej.

W obu testach system wizualizacji drgań był w stanie dokładnie oszacować odpowiedzi na drgania przy różnych częstotliwościach, wykazując podobną wydajność jak czujniki kontaktowe. Naukowcy obserwowali częstotliwości w formie obrazów bezpośrednio na monitorze komputera.

Japońscy badacze planują ulepszyć system, aby generować dokładniejsze pola prędkości drgań. Chcą również ocenić praktyczne zastosowania nowej metody, takie jak analiza projektów konstrukcyjnych czy monitorowanie drgań mostów.

(rr)