Die Laser-Doppler-Vibrometrie ist ein sehr robustes Messverfahren: Wird ein Lichtstrahl von einem bewegten Objekt reflektiert, so ändert sich die Frequenz des Lichtes proportional zu seiner Geschwindigkeit. Das gilt auch bei der Reflexion an durch Schwingungen bewegten Oberflächen. Die Geschwindigkeitsinformation der Schwingung ist dann in der Frequenzverschiebung kodiert und wird als Messgröße genutzt.
Ein Präzisionsinterferometer und die digitale Dekodierungselektronik wandeln diese Frequenzverschiebung in ein Spannungssignal um. Da die Geschwindigkeitsinformation unabhängig von der Lichtintensität ist, eignet sich das Verfahren auch für Messobjekte, die einen sehr geringen Reflexionsgrad haben.
Hightech-System für den Outdoor-Einsatz
Jetzt lässt sich diese Technik auch besonders komfortabel im mobilen Einsatz nutzen, denn mit dem kompakten VibroGo hat Polytec ein etwa 3 kg leichtes Vibrometer entwickelt, das sich bequem überall hin mitnehmen lässt und so robust ausgelegt ist, dass es sich für harten Outdoor-Einsatz eignet. Dabei hat das tragbare Messgerät einiges zu bieten.
So lässt sich VibroGo über den Fünf-Zoll-Farb-Touchscreen mit intuitiver Menüführung komfortabel einrichten und konfigurieren. Zusätzlich zur Autofokus-Funktion lässt sich der Fokus über den Touchscreen fernsteuern.
Mit bis zu 100 kHz deckt der maximale Messbereich diverse Messaufgaben der Akustik und Dynamik ab; die optische Empfindlichkeit wurde gegenüber dem Vorgängermodell noch einmal signifikant gesteigert und die maximale Messgeschwindigkeit liegt bei 2 m/s. Zudem können jetzt sowohl Schwinggeschwindigkeiten als auch Schwingwege und -beschleunigungen aus großer Distanz (bis 30 m) gemessen werden. Die Messdaten lassen sich über einen analogen Anschluss, digital über Ethernet oder auch kabellos per WLAN auf Rechner übertragen, um sie weiterzuverarbeiten.
Anwendung bei Spinnennetzen ...
Einsatzbereiche für das mobile und tragbare Vibrometer-System gibt es viele. Zustandsüberwachung technischer Anlagen ist einer davon. Überall, wo keine feste Sensorik montiert werden kann, lassen sich bestimmte Komponenten periodisch und berührungslos aus der Distanz kontrollieren. Beispiele finden sich bei Pumpen und Rohrleitungen ebenso wie bei Hochspannungskomponenten oder heißen Oberflächen.
Interessante und vielfältige Möglichkeiten erschließt das mobile Vibrometer aber auch bei Forschungsprojekten, zum Beispiel um die mechanischen Eigenschaften von tierischen Spinnennetzen zu untersuchen. Das funktionelle Merkmal des Spinnennetzes ist die Widerstandsfähigkeit des Systems gegenüber windbedingten Schwingungen und der hohen Aufprallenergie fliegender Beute.
Um das Schwingungsdämpfungsverhalten eines kompletten Spinnennetzes vorherzusagen, werden die Dämpfungseigenschaften der Seidenfäden durch In-situ-Experimente im Dschungel mit einem mobilen Vibrometer gemessen. Bei solchen Strukturen sind berührungslose Schwingungssensoren wie das VibroGo zwingend erforderlich, da die Fadenstruktur die Last herkömmlicher Sensoren wie Beschleunigungsaufnehmer und Dehnmessstreifen nicht immer tragen kann.
... und Schädlingsbekämpfung
Selbst bei der Schädlingsbekämpfung können tragbare Vibrometer das Mittel der Wahl sein. In einem einzigartigen Forschungsprojekt analysierten Wissenschaftler mithilfe der optischen Laserschwingungsmessung die Balzkommunikation eines entfernten Verwandten der Zikaden (englisch: glassy-winged sharpshooter), der ein bestimmtes, zum Beispiel für Weinreben sehr schädliches Bakterium verbreitet.
Schlussendlich fanden sie eine neue schonende Bekämpfungsmethode, die anders als bisherige Maßnahmen wie Pestizid-Einsatz ganz ohne die Beeinträchtigung des Ökosystems auskommt. Für Universitäten, die ihren Studenten solche und ähnliche Möglichkeiten der Laser-Doppler-Vibrometer näherbringen wollen, bietet Polytec ein sogenanntes Education-Kit an, das spannende Praktikumsversuche umfasst und den einfachen und praxisnahen Einstieg in die Welt der optischen Schwingungsmessung ermöglicht.