Laser-Vibrometrie

Allgemeines Funktionsprinzip

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.

Wir setzen die folgenden Laser-Vibrometer für unsere Schwingungsuntersuchungen ein:

1D-Differenz-Vibrometer

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.

3D-Vibrometer

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.