Diseño y fabricación de un equipo de velocimetría láser y su aplicación al estudio de la respuesta espectral de superficies vibrantes

Abstract

En el presente trabajo de tesis se muestra el desarrollo del diseño y construcción de un equipo de Velocimetría láser Doppler, el cual mide la “velocidad máxima” y “la amplitud” de vibraciones mecánicas con alcances de aprox. 160^m/s - 160mm/s y 150nm - 40^m respectivamente. Este instrumento este compuesto por tres partes principales: el optosensor, la parte óptico-mecánica y la parte electrónica. El optosensor fue diseñado y construido completamente en nuestro laboratorio, basado principalmente en un fotodiodo infrarrojo (el cual está disponible comercialmente en nuestro medio) este optosensor posee dos características principales: amplificación interna de la componente AC de la señal optoelectrónica y alta inmunidad al ruido eléctrico ambiental basado en una “jaula de Faraday”. La parte óptico-mecánica está compuesta íntegramente por un interferómetro de Michelson de luz láser, con el cual se logra medir di '-tandas pequeñas (del orden de los micrómetros). De esta configuración obtenemos una luz láser que se apunta sobre la superficie vibrante a analizar y esta retoma al interferómetro donde se ”mezcla” con otra luz láser proveniente de la misma fuente de luz, la interferencia de estos dos rayos contiene la información de la amplitud de vibración y de la velocidad máxima con que esta se mueve, la cual es transformada en una señal eléctrica por el optosensor. La parte electrónica se encarga de procesar la señal proveniente del optosensor para luego mostrarla en un dispositivo de visualización LCD. El procesado de la información y el manejo de algunos periféricos electrónicos lo realiza un microcontrolador PIC 16F628. Además, el sistema electrónico posee un generador de funciones con una etapa de amplificación de corriente para soportar cargas de baja impedancia como son por ejemplo los parlantes de 4 u 8 Ω, y que sirve para alimentar al transductor en prueba. Dentro de los resultados experimentales se muestra la aplicación al estudio de la respuesta en amplitud de vibración de 3 parlantes comerciales y un dispositivo piezoeléctrico disponible en nuestro medio, a excitaciones provocadas por alimentación eléctrica de distintas frecuencias, mostrándose por lo tanto su respuesta espectral. El presente trabajo contribuye al desarrollo tecnológico en el Perú, específicamente en el área de la metrología óptica, que a nuestro conocimiento es el primero diseñado y construido totalmente en nuestro medio, y que permite medir la respuesta espectral a vibraciones mecánicas de diversas estructuras y que constituye una poderosa herramienta de metrología óptica.