Grundlagen der Vibrometrie

• Doppler-Effekt
• Interferometer
• Digitale Signalverarbeitung
   "ultraDSP" Technologie

"ultraDSP" Technologie

•  Exzellente Geschwindigkeits- und
    Wegauflösung bis zu 2,5 nm/s
    bzw. 2 pm
•  obere Grenzfrequenz 10 MHz
•  Untere Grenzfrequenz DC
•  Ausgezeichnete Linearität
•  Hohe Messgenauigkeit  
•  Hohe Alterungsstabilität
•  „low noise“ Digital
    Signaldemodulation
•  Variable Arbeitsabstände
•  Unempfindlich bei Oberflächen
    Rauheit / Farbe

Laser Doppler Vibrometer Technologie

Laser Doppler Vibrometer (LDV) werden als sehr genaue Messgeräte verwendet, um über einen weiten Amplituden- und Frequenzbereich Schwingungen zu erfassen. Das Instrument enthält einen  Laser, dessen Lichtstahl auf das Messobjekt fokussiert wird. Aufgrund des Doppler-Effekts verschiebt sich bei einer Bewegung der zu messenden Oberfläche die Frequenz des zurückgestreuten Laserlichtes. Diese Frequenzverschiebung wird mit Hilfe eines Interferometers in Kombination mit einer hochentwickelten Signalverarbeitungs-Elektronik ausgewertet und als proportionales Spannungssignal ausgegeben.

Doppler-Effekt

Als Dopplereffekt bezeichnet man allgemein die Veränderung der wahrgenommenen oder gemessenen Frequenz von Wellen jeder Art, während sich die Quelle und der Beobachter einander nähern oder voneinander entfernen, sich also relativ zueinander bewegen.
 
Bei einer Bewegung des Messobjekts mit der Geschwindigkeit v in Richtung des Laser Vibrometers beträgt die Frequenzverschiebung: Fd= 2xv/Lambda

Für eine Laser-Wellenlänge (Lambda) von 633 nm (HeNe Laser) und einer Geschwindigkeit von 10 m/s folgt daraus eine Frequenzverschiebung von ca. 32 MHz.

 

Interferometer

Um diese Frequenzänderung des zurückgestreuten Lichtes mit sehr hoher Genauigkeit zu erfassen, nutzt OptoMET ein  interferometrisches Messverfahren. Hierbei wird Licht aus derselben Laserquelle über einen zweiten Pfad (einen sogenannten Referenzarm) mit dem zurückgestreutem Licht zur Überlagerung gebracht. Schnelle und rauscharme Fotodetektoren wandeln die daraus resultierenden Helligkeitsänderungen in elektrische Signale.

 

Signalverarbeitung

Die gewonnen „Roh-Signale“ enthalten bereits die Bewegungsinformation über das Messobjekt, müssen aber jetzt noch durch eine Decoder-Elektronik in für den Nutzer verwertbare Weg-, Geschwindigkeits- bzw. Beschleunigungssignale konvertiert werden.

In den meisten Fällen werden dazu analog arbeitende Frequenz-zu-Spannungs-Wandler verwendet, die aber aufgrund nicht idealen Eigenschaften (Rauschen, Verzerrung, Alterung, Temperaturabhängigkeit, usw.) der elektronischen Bauteile Einfluss auf die Empfindlichkeit, die Linearität und Stabilität des Demodulators haben. Im Vergleich dazu sind Decoder mit digitaler Signalverarbeitung  frei von diesen Schwächen und bieten deshalb unter anderem eine deutlich höhere Auflösung und Empfindlichkeit,  was es dem Nutzer ermöglicht auch feinste Schwingungen bzw. Bewegungen zu erfassen. Praktische Anwendungen profitieren zudem von der exzellent rauscharmen digitalen Signalverarbeitung, welche Messungen auf nahezu beliebigen Oberflächen und aus großer Entfernung ermöglicht.

Bisheriger Nachteil digitaler Decoder im Vergleich zu analogen Lösungen war die Einschränkung auf relativ niedrige Geschwindigkeiten und/oder  Frequenzbandbreiten. Die Ursache lag in dem hohen numerischen Rechenaufwand, welcher erforderlich ist um Signale in Echtzeit zu verarbeiten.

Gelöst wird dieses Problem durch die neu entwickelte "ultraDSP" Technologie von OptoMET, die effiziente Algorithmen mit extrem leistungsfähiger Hardware kombiniert. Dadurch werden digitale Laser Doppler Vibrometer so leistungsstark wie nie zuvor und decken somit nahezu das gesamte Anwendungsspektrum technischer Schwingungen ab.