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Wird eine Lichtwelle von einem bewegten Objekt reflektiert, lässt sich aus der gemessenen Frequenzverschiebung die Geschwindigkeit des bewegten Objektes bestimmen. Näherungsweise gilt:
∆f: Frequenzverschiebung
∆f = 2· v/λ v: Geschwindigkeit des Messobjektes
λ: Wellenlänge des Lasers (z. B. 633 nm bei HeNe)
Die Frequenzverschiebung lässt sich mittels Interferometrie bestimmen. Aus der durch Überlagerung von Mess- und Referenzstrahl entstehenden Intensitätsverteilung wird durch Demodulation die Bewegungsinformation des Objektes ermittelt.
Das 1D-Differenz-Vibrometer nutzt einen zweiten Messkopf als Referenzlaser. Das Messsignal beschreibt somit die relativen Bewegungen der beiden Messpunkte zueinander. So lässt sich zum Beispiel das Schwingverhalten von einzelnen Bauteilen auf einer größeren Struktur unabhängig von überlagerten (Stör-)Schwingungen messen. Der Vorteil des Differenz-Vibrometers ergibt sich zudem aus der absoluten Phasentreue, da die Differenz der beiden Signale bereits im optischen Pfad gebildet wird.
Durch das Kombinieren von drei einzelnen Laser-Vibrometern ergibt sich die Möglichkeit, an einem Messpunkt die Schwingungen in allen drei Raumachsen zu erfassen. Dazu werden die Vibrometer so ausgerichtet, dass sich die drei Laserstrahlen kegelförmig in einem Punkt, dem Messpunkt, überlagern. Durch einfache Trigonometrie lassen sich somit die Geschwindigkeiten der drei Raumachsen am Messpunkt des Objektes bestimmen. Sind diese drei Vibrometer mit festem Kegelwinkel in einem Messkopf untergebracht, hat man ein sehr einfach zu handhabendes 3D-Laser-Vibrometer, das schnell und unkompliziert einzusetzen ist.
Das 3D-Laser-Scanning-Vibrometer besteht aus drei eigenständigen 1D-Laser-Vibrometern, deren Messköpfe jeweils über eine verstellbare Spiegeleinheit verfügen. Somit lassen sich vorher definierte Messpunkte anfahren und messen. Die Bewegung der Oberfläche ganzer Strukturen lassen sich dadurch automatisiert erfassen. Der Name lässt schon erahnen, dass die drei Vibrometer nicht nur einzeln, sondern auch gemeinsam verwendet werden können, um Messpunkte dreidimensional zu erfassen. Neben der spektralen Darstellung der Schwingungsantwort bringt es auch den Vorteil der visuellen Darstellung der Schwingformen (Moden) mit sich. So lassen sich einfach und unkompliziert Modenformen mit entsprechenden Modellen vergleichen.