Vom Prinzip her ist die Laser-Doppler-Vibrometrie ein sehr robustes, berührungsloses Messverfahren und die grundsätzliche Funktionsweise ist einfach zu verstehen: Wird ein Lichtstrahl von einem bewegten Objekt reflektiert, so ändert sich die Frequenz des Lichtes proportional zur Objektgeschwindigkeit. Die Geschwindigkeitsinformation der Schwingung ist dann in der Frequenzverschiebung kodiert und wird als Messgröße genutzt. Ein Präzisionsinterferometer und eine digitale Dekodierungselektronik wandeln diese Frequenzverschiebung dann in ein Spannungssignal um, das von Datenerfassungssystemen verarbeitet werden kann.
Signalqualität verbessern
Die Signalqualität einer Laservibrometer-Messung hängt dabei immer von der Intensität des zurückgestreuten Lichts ab. Die Oberfläche des Messobjekts bestimmt die räumliche Verteilung des zurückgestreuten Lichts und damit die Güte der Informationen, die der Photodetektor an seiner Position im Raum erhält. Sie bestimmt demzufolge auch, auf welchen Oberflächen gemessen werden kann, und ist verantwortlich für den Signal-Rauschpegel, den Messabstand und bei einem Scanning-Vibrometer auch für die Größe der scanbaren Fläche. Auf einer optisch glatten Oberfläche wird das reflektierte Laserlicht verlustfrei zum Photodetektor zurückgeführt. Messoberflächen in der Praxis sind jedoch meist optisch rau. Das Licht wird nicht mehr reflektiert, sondern gestreut. Es enthält dunkle und helle Bereiche, sogenannte Speckles. Der Laserpunkt sieht körnig aus und sein Muster ändert sich je nach Perspektive des Beobachters. Hierdurch entstehen Schwankungen der Lichtintensität am Photodetektor bis hin zu einem kurzzeitig möglichen völligen Einbruch der Lichtintensität. Diese Effekte können bei optischen Messungen zu breitbandigem Rauschen und unerwünschten Signalaussetzern führen.
Multi-Detektor-Konzept
Genau hier setzt die neue patentierte QTec-Technologie an, die von Polytec entwickelt wurde. Sie verbessert den Signal-Rauschpegel bei Schwingungsmessungen signifikant. Den Schlüssel dazu liefert ein Multi-Detektor-Konzept, d.h. die zurückgestreuten Signale erreichen unterschiedliche Photodetektoren. Unregelmäßigkeiten der Oberfläche spielen dadurch kaum noch eine Rolle, weil – vereinfacht ausgedrückt – bei der Reflexion weniger Licht verloren geht. Jeder Detektor ist ein Beobachter des Messpunkts mit eigener Perspektive und sieht ein eigenes Speckle-Muster. Zu jedem Zeitpunkt variiert der Signalpegel entsprechend dem Speckle-Muster. Da die Speckle-Muster der einzelnen Detektoren voneinander unabhängig und quasi zufällig sind, ergibt die Kombination der Signale der räumlich verteilten Detektoren einen statistisch stabilen Signalpegel. Eine schnelle Elektronik im Messkopf gewichtet die Detektorsignale in Echtzeit und nur der stabile Teil des Signals wird als Nutzsignal ausgegeben. Der Anwender bekommt ein gemeinsames Messsignal zur Verfügung gestellt, sodass die neuen Messköpfe kompatibel mit den vorhandenen Einkanal-Vibrometer-Decodern sind.
Verlässliche Daten
Selbst bei anspruchsvollen Messaufgaben verhilft das neue Konzept der Mehrkanal-Interferometrie zu verlässlichen Messdaten, zum Beispiel auch auf bewegten, entfernten oder rotierenden Prüflingen. Gute Messdaten mit niedrigem Rauschen lassen sich damit auch von eher schlecht reflektierenden Oberflächen erhalten, zum Beispiel von menschlicher Haut. Außerdem müssen kritische Objektoberflächen nicht zwangsläufig vorbehandelt werden. Dadurch verkürzt sich die Vorbereitungszeit für Prüfungen, und Messungen sind nun selbst bei Oberflächen möglich, die keine Veränderungen erlauben, z.B. bei biologischen Anwendungen oder in der Raumfahrt.
