Digital PLL을 이용한 초음파진동 측정용 레이저 도플러 진동계의 개발

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본 논문에서는 초음파영역에서 진동하는 물체의 진동주파수와 크기를 측정할 수 있는 레이저 도플러 진동계(Laser Doppler Vibrometer, 이하 LDV)를 설계, 제작하였다. LDV의 광원으로는 파장이 632.8 nm인 He-Ne 레이저를 사용하였으며 Bragg셀에 의해 주파수가 천이되도록 한 마이켈슨형 간섭게 (Michelson interferometer)로 구성하였다. PIN다이오드의 출력은 중심주파수가 40 MHz인 주파수 변조된 신호이며, 이 신호를 증폭하고 주파수를 2.5MHz로 낮춘 후 디지털로 변환하였다. Digital Phase Locked Loop(이하 DPLL)를 사용하여 진동하는 표면의 속도에 비례하는 전압출력을 얻었으며, 이 신호로부터 진동주파수와 크기를 추출하고 주파수특성을 보상하기 위하여 마이크로프로세서를 사용하였다. 그 결과 300 kHz까지의 진동을 측정할 수 있었으며 300 kHz로 진동하는 경우 측정 가능한 최소진폭은 1 nm이었다. 본 연구에서 개발된 LDV는 대용량 전기기기의 부분방전에 의해 발생되는 초음파진동으로부터 최소형 전기 기기의 미세진동까지 측정하는 비접촉식 진동 측정에 사용할 수 있다고 사료된다.

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This paper deals with the development of Laser Doppler Vibrometer (LDV) that can mea~ure the tlequency and amphlude of the ultrasonic vibralion. Hc-Ne laser (632.8 om) is used as a light source, and Michelson interferometer in winch frequency of the objective beam is shIfted by Bragg cell IS adopted The frequency modulated signal centered at 40 MHz flom the PIN diode IS amplified. down-col1vel1ed to 2.5 MHz, filtered and digiLized. The voltage output that is proportional to the velocity of the vibratwg surface is obtawed using digItal PLL. A microprocessor is used to extract the frequcncy aud amplitude of the vibratIOn from the voltage output. It is found that the developed LDV can measure up to 300 kHz vibratIOn and the mlillmUITI measurable amplitude is I nm at 300 kHz. We believe thatlhis LDV can be used to measure the vibratIOn of the heavy electric maclllnery and micro-size structures. tures.

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