Homodyninterferometer zur berührungslosen Schwingungsanalyse

Dontsov, Denys GND

Abstract Different interferometric methods and techniques have been developed, which are used for analysis of mechanical vibration. Some of them are implemented in commercial measurement systems for surface vibration and modal analysis (Speckle and Hologram interferometer) and for investigations of one - point vibrations (Heterodyne technique). The employment of homodyne interferometer was only intended for vibration measurements at objects with high reflectivity surfaces. That is why they have not found a wide acceptance as an suitable technique for industrial and commercial applications. This dissertation presents the modification of homodyne Michelson inteferometer, which was designed for vibration analyses at objects with industrial surfaces any quality. The high linearity, wide measurement range and low measurement uncertainty are the main features of the system to be presented. The main demands on the interferometric systems for vibration analysis are characterized. The solution for the optimum configuration of the inteferometer system is shown. The dissertation presents different behaviors for optical and rough object surfaces. Our new fast digital unit, which was developed for high speed and high resolution signal demodulation, is one of the main points in the paper. The possibility of the low sensitivity to signal noise and high processing speed are shown.The analysis of the measurement uncertainties is made in comparison to classical interferometric techniques. Main and important error sources are shown.The practical measurement results are presented for some objects. Some results show the possibility of surface vibration analysis.

Lasergestützte Messverfahren stellen seit langem ein verbreitetes Werkzeug zur berührungslosen Erfassung von mechanischen Schwingungen dar. Sowohl Speckle - und Hologramm- Interferometrie zur Analyse von Flächenschwingungen als auch Heterodyninterferometer (Laser Vibrometer) sind die etablierten Messverfahren auf diesem Gebiet. Der Einsatz von Homodyninterferometern (Einfrequenzinterferometer) zur Schwingungsanalyse setzte bis jetzt eine optische Oberfläche des Messobjektes voraus. Ein weiterentwickeltes System auf Basis eines Einfrequenzinterferometers, das durch eine hohe Linearität und geringe Messunsicherheit ausgezeichnet wird, ist das Thema dieser Dissertation. In der Dissertation werden die Einsatzgebiete und Anforderungen an berührungslose Schwingungsmesssysteme vorgestellt. Der Schwerpunkt liegt dabei im Einsatz der klassischen Einfrequenzinterferometrie zur Schwingungsanalyse unter normalen Industriebedingungen an rauhen und nicht vorbereiteten Oberflächen. Es wird auf den Aufbau eines modifizierten Michelson - Interferometers eingegangen. Die unterschiedlichen Anforderungen an die Sensoroptimierung bei spiegelnden und rauhen Oberflächen werden gezeigt. Die Rechnungen mit Jones - Matrizen stellen den mathematischen Apparat für diese Optimierungen dar. Das gesamte Systemkonzept, das für hochempfindliche und hochauflösende Messungen entwickelt wurde, ist ein weiterer Schwerpunkt der Dissertation. Die Besonderheiten der Signalauswertung in der Einfrequenzinterferometrie werden in Verbindung mit den Aufgaben der Schwingungsanalyse betrachtet. Realisierte schnelle Signaldemodulatoren werden vorgestellt. Es wird eine Analyse der Messunsicherheiten im Vergleich zur klassischen Interferometrie vorgenommen. Die entscheidenden Fehlerquellen und die Möglichkeiten deren Korrektur werden betrachtet und analysiert. Praktische Messergebnisse werden präsentiert und es wird auf die Möglichkeiten der flächenhaften Erfassung von Schwingungen eingegangen.

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Dontsov, Denys: Homodyninterferometer zur berührungslosen Schwingungsanalyse. 2003.

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