Apr 17 2020

Laservibrometer to go

Für Forschungsprojekte und die Zustandsüberwachung industrieller Anlagen

Schwingungsmesstechnik für den mobilen Einsatz. Über den 5“-Farb-Touchscreen mit interaktiver Menüführung lässt sich das VibroGo komfortabel einrichten und konfigurieren Quelle: Polytec

Mit dem kompakten Laser-Doppler-Vibrometer VibroGo hat Polytec ein etwa 3 kg leichtes Schwingungsmessgerät entwickelt, das sich bequem überall hin mitnehmen lässt und so robust ausgelegt ist, dass es sich für den harten Outdoor-Einsatz eignet. Es ermöglicht die berührungslose Messung von Dynamik und Akustik anhand von Schwingwegen, Schwinggeschwindigkeiten und Schwingbeschleunigungen beliebiger Objekte im Frequenzbereich bis 100 kHz bei Entfernungen bis 30 m und Geschwindigkeiten bis 2 m/s. Der 5“-Farb-Touchscreen mit intuitiver Menüführung erleichtert Konfiguration und Bedienung, z. B. das Fokussieren. Die Messdaten werden analog oder alternativ mittels einer digitalen Schnittstelle direkt über Ethernet oder kabellos per WLAN auf Laptop oder Rechner übertragen. Immer dann, wenn sich an Objekten oder Strukturen keine Beschleunigungssensoren oder Dehnungsmessstreifen anbringen lassen, können Industrie und Forschung von der Vibrometrie profitieren. Das Einsatzspektrum reicht deshalb von der Zustandsüberwachung bis hin zur Insektenforschung oder der Strukturanalyse von Spinnennetzen.

Die berührungslose Laser-Doppler-Vibrometrie wurde ursprünglich zur Untersuchung von technischen Objekten und Systemen entwickelt, hat sich aber auch bei der Aufklärung biologischer Strukturen und Mechanismen bestens bewährt. Heute profitieren Industrie und Forschung gleichermaßen von der berührungslosen Messtechnik. Jetzt dürfte sich das Einsatzgebiet noch einmal erweitern. Ein neues, besonders leichtes Vibrometer, das speziell für den mobilen Einsatz konzipiert wurde, ermöglicht die Messung von Schwingwegen, Schwinggeschwindigkeiten und Schwingbeschleunigungen beliebiger Objekte im Frequenzbereich bis 100 kHz selbst bei Entfernungen bis 30 m.

Über den 5“-Farb-Touchscreen mit interaktiver Menüführung lässt sich das VibroGo komfortabel einrichten und konfigurieren Quelle: Polytec

Quelle: Polytec

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 dann 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.

High-Tech für den Outdoor-Einsatz

Für Botanik, Entomologie, Bionik oder Schädlingsbekämpfung können tragbare Laservibrometer das Messgerät der Wahl sein.
Quelle: Polytec

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 5“-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 Schwingbeschleunigungen 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 Laptop oder Rechner übertragen, um sie weiterzuverarbeiten.

Breites Einsatzspektrum in Technik und Natur

Einsatzbereiche für das tragbare Vibrometer 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.

In-situ-Messung der Schwingungsdämpfung des Spinnennetzes.
Quelle: © Dr. Navin Kumar, Indian Institute of Technology – IIT Ropar, India

Quelle: © Dr. Navin Kumar, Indian Institute of Technology – IIT Ropar, India

Interessante Möglichkeiten erschließt das mobile Vibrometer aber auch bei Forschungsprojekten, z.B. um die mechanischen Eigenschaften von Spinnennetzen zu untersuchen. Das funktionelle Merkmal des Spinnennetzes ist die Widerstandsfähigkeit 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 tragen kann.

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 (engl. glassy-winged sharpshooter), der ein bestimmtes, z.B. für Weinreben sehr schädliches Bakterium verbreitet. Schlussendlich fanden sie eine neue schonende Bekämpfungsmethode, die anders als bisherige Maßnahmen wie Pestizideinsatz 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 Education-Kit an, das spannende Praktikumsversuche umfasst und den spannenden Einstieg in die Welt der optischen Schwingungsmessung ermöglicht.

Dr. Heinrich Steger Strategisches Produktmarketing bei der Polytec GmbH

Text: Dr. Heinrich Steger und Ellen-Christine Reiff, M.A., Redaktionsbüro Stutensee

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Polytec

Als Lasertechnologie-Pionier bietet Polytec bereits seit 1967 optische Messtechnik-Lösungen für Forschung und Industrie. Nach den Anfangsjahren als Distributor machte sich das Hochtechnologie-Unternehmen mit Sitz in Waldbronn bei Karlsruhe schon in den 70er Jahren einen Namen als Entwickler eigener laserbasierter Messgeräte – und ist heute Weltmarktführer im Bereich der berührungslosen Schwingungsmesstechnik mit Laservibrometern. Systeme für die Längen- und Geschwindigkeitsmessung, Oberflächencharakterisierung, Analytik sowie die Prozessautomation gehören ebenfalls zur breiten Palette an Eigenentwicklungen. Eine weitere Kernkompetenz von Polytec ist die Distribution von Bildverarbeitungskomponenten und optischen Systemen.

Weitere Informationen zum Thema unter ‚Vibrago‘ 

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