Vibrometer

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Funktionsprinzip eines Laser Doppler Vibrometers

Ein Vibrometer (Kurzform für Laser-Doppler-Vibrometer) ist ein Messgerät zur Quantifizierung mechanischer Schwingungen. Es misst die Schwingschnelle eines Objekts.

Vibrometer enthalten einen Laser, der auf die zu messende Oberfläche fokussiert wird. Aufgrund des Doppler-Effekts verschiebt sich bei einer Bewegung der zu messenden Oberfläche die Frequenz des zurückgestreuten Laserlichts. Diese Frequenzverschiebung wird im Vibrometer mittels eines Interferometers ausgewertet und als Spannungssignal oder digitaler Datenstrom ausgegeben. Ein Scanning-Vibrometer erlaubt eine flächenhafte Messung von Schwingungen.

Anwendung[Bearbeiten]

Vibrometer werden in einer Vielzahl von wissenschaftlichen, industriellen und medizinischen Bereichen eingesetzt. Hier einige Beispiele:

  • Luft- und Raumfahrt – Vibrometer werden als Werkzeuge zur zerstörungsfreien Überprüfung von Flugzeugkomponenten eingesetzt.[1]
  • Akustik - Vibrometer sind Standard-Werkzeuge für das Design von Lautsprechern. Darüber hinaus wurden sie schon verwendet, um das Schwingverhalten von Musikinstrumenten zu erfassen.[2]
  • Architektur - Vibrometer werden verwendet, um das Schwingverhalten von Gebäuden und Brücken (Brückeninstandhaltung) zu erfassen.[3][4]
  • Automobilbau - Vermessung der Schwingungsmoden einzelner Komponenten oder ganzer Fahrzeuge.[5]
  • Schallschnellenmessung: Eine Schallschnelle bringt eine dünne Folie in Schwingung. Diese Schwingung der Folie wird mit einem Laser-Doppler-Vibrometer gemessen und daraus der Schalldruck ermittelt.[6]
  • Biologie - Vibrometer wurden zum Beispiel für die Untersuchung des Trommelfells im Ohr[7] oder für die Visualisierung der Kommunikation von Insekten eingesetzt.[8]
  • Kalibrierung – Da Vibrometer im Verhältnis zur Wellenlänge des Lichts kalibriert werden, setzt man sie ein, um andere Messinstrumente zu kalibrieren.[9]
  • Festplatten – Vibrometer wurden bereits für die Untersuchung von Festplatten, besonders in der Positionierung des Lesekopfes, eingesetzt.[10]
  • Finden von Landminen – Vibrometer haben gezeigt, dass sie vergrabene Landminen erkennen können. Eine Geräuschquelle, beispielsweise ein Lautsprecher, regen den Boden zum minimalen Schwingen an. Diese Schwingungen werden vom Vibrometer erfasst. Der Boden über einer vergrabenen Landmine zeigt ein anderes Schwingverhalten als Boden ohne Landmine. Minenerkennung mit einstrahligen Vibrometern,[11] einer Anordnung von Vibrometern,[12] und mehrstrahligen Vibrometern[13] wurde bereits erfolgreich durchgeführt.
  • Sicherheit – Auf Grund ihrer Eigenschaft der berührungslosen Schwingungsmessung, eignen sich Vibrometer auch zur Erfassung von Stimmen über große Entfernungen. Mit Hilfe eines visuellen Sensors (Kamera) wird das Vibrometer auf eine Schall-reflektierende Oberfläche in der Nähe des Ziels gerichtet, um die akustischen Signale aufzufangen.[14]

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. James M. Kilpatrick, Vladimir Markov: Eighth International Conference on Vibration Measurements by Laser Techniques: Advances and Applications. 7098, 2008, S. 709809. doi:10.1117/12.802929.
  2. Bissinger, George. and Oliver, David: 3-D Laser Vibrometry on Legendary Old Italian Violins. In: Sound and Vibration. July 2007. Abgerufen am 24. Januar 2013.
  3. Horst Falkner: Monitoring im Bauwesen. (PDF; 1,1 MB) In: Der Prüfingenieur. Jg. 2004, Heft 4, S. 41.
  4. Uwe Friebe, Gert Gommola: 90 Jahre Brückenmesswesen bei der Eisenbahn in Deutschland. In: Messtechnik im Bauwesen. Ernst & Sohn Special 2013, S. 36.
  5. Springer Handbook of Experimental Solid Mechanics. Springer, 4 December 2008, ISBN 978-0-387-26883-5, S. 834., S. 834
  6.  Q. Leclère,B. Laulagnet: Particle velocity field measurement using an ultra-light membrane. In: Applied Acoustics. 69, Nr. 4, 2008, S. 302–310, doi:10.1016/j.apacoust.2006.11.009 (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003682X06002453).
  7. Huber, Alexander M, C Schwab, T Linder, SJ Stoeckli, M Ferrazzini, N Dillier, U Fisch: Evaluation of eardrum laser doppler interferometry as a diagnostic tool. In: The Laryngoscope. 111, Nr. 3, 2001, S. 501–7. doi:10.1097/00005537-200103000-00022. PMID 11224783.
  8. Fonseca, P.J. and Popov, A.V.: Sound radiation in a cicada: the role of different structures. In: Journal of Comparative Physiology A. 175, Nr. 3, 1994. doi:10.1007/BF00192994.
  9. Sutton, C. M.: Accelerometer Calibration by Dynamic Position Measurement Using Heterodyne Laser Interferometry. In: Metrologia. 27, Nr. 3, 1990, S. 133. doi:10.1088/0026-1394/27/3/004.
  10. Hard Disk Drive: Mechatronics And Control. CRC Press, 2007, ISBN 978-0-8493-7253-7 (Zugriff am 24 January 2013).
  11. Ning Xiang, James M. Sabatier: Detection and Remediation Technologies for Mines and Minelike Targets V. 4038, 2000, S. 645. doi:10.1117/12.396292.
  12. Richard D. Burgett, Marshall R. Bradley, Michael Duncan, Jason Melton, Amit K. Lal, Vyacheslav Aranchuk, Cecil F. Hess, James M. Sabatier: Detection and Remediation Technologies for Mines and Minelike Targets VIII. 5089, 2003, S. 665. doi:10.1117/12.487186.
  13. Amit Lal, Slava Aranchuk, Valentina Doushkina, Ernesto Hurtado, Cecil Hess, Jim Kilpatrick, Drew l'Esperance, Nan Luo: Detection and Remediation Technologies for Mines and Minelike Targets XI. 6217, 2006, S. 621715. doi:10.1117/12.668927.
  14. : Vibration Characteristics of Various Surfaces Using an LDV for Long-Range Voice Acquisition. In: IEEE Sensors Journal. 11, Nr. 6, 2011, S. 1415. doi:10.1109/JSEN.2010.2093125.