Was ist ein Vibrometer?
Ein Vibrometer ist ein Gerät zur Messung der Schwingungsstärke eines Messobjekts. Die Größe der Schwingung wird im Allgemeinen auf drei Skalen angegeben: Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung.
Welcher Parameter gemessen werden soll, hängt von der Art der zu messenden Schwingung und dem zu bewertenden Objekt ab. Bei der Messung der Beschleunigung werden sie manchmal auch als Beschleunigungsmesser bezeichnet.
Anwendungen von Vibrometern
Vibrometer werden in der Forschung und Entwicklung, in Produktionsstätten und im Umweltschutz eingesetzt. Im Bereich Forschung und Entwicklung werden beispielsweise die Schwingungseigenschaften von Bauteilen während der Produktentwicklung gemessen, um Resonanzen, Schäden und anormalen Lärm zu vermeiden.
In der Produktion wird zum Beispiel die Schwingungsmessung von Motoren genutzt, um festzustellen, ob sie gut oder schlecht sind, sowie um den Versand der Produkte zu kontrollieren. Um Schäden während des Transports zu vermeiden, werden die Schwingungen während des Transports in einer Prüfmaschine reproduziert, um die Verpackung zu verbessern.
Bei Turbinengeneratoren zum Beispiel werden die Schwingungen während des Betriebs überwacht, um Fehler frühzeitig zu erkennen. Im Umweltbereich ist die Messung von Schwingungen von entscheidender Bedeutung für die Lösung von Problemen der Umweltverschmutzung, die durch Schwingungen in Fabriken und bei Bauarbeiten verursacht werden.
Die Wirkung von Schwingungen auf den menschlichen Körper wird durch die Messung des Schwingungspegels bestimmt, der ein Verhältnis zu einer Referenzbeschleunigung darstellt. Schwingungspegel sind in ISO definiert und werden auch zur Bestimmung des Fahrkomforts von Autos und Schienenfahrzeugen verwendet.
Sie werden auch zur Messung von Erdbebenschwingungen und zur Ausgabe von Warnungen sowie zur Messung der Wellenform von Erdbebenschwingungen zur Beurteilung der seismischen und schwingungsisolierten Struktur von Gebäuden verwendet.
Funktionsweise von Vibrometern
Vibrometer arbeiten mit einem so genannten Tonabnehmer. Die Aufnehmer können piezoelektrisch, elektromagnetisch, mechanisch, optisch oder elektromagnetisch sein.
1. Piezoelektrische Vibrometer
Die durch die Vibration erzeugte Kraft wird durch den piezoelektrischen Effekt des piezoelektrischen Elements in eine zu dieser Kraft proportionale Spannung umgewandelt. Es gibt zwei Typen: den Schertyp, der die Dehnung an der Oberfläche des Piezoelementes misst, und den Kompressionstyp, der eine einfache Struktur mit einem Gewicht auf dem Piezoelement hat. Sie sind kompakt, leicht und können bis zu einem hohen Frequenzbereich messen.
2. Elektromagnetische Vibrometer
Dieser Vibrometertyp besteht aus einem Magneten und einer Spule und misst die Änderungen des elektrischen Stroms, die durch die elektromagnetische Induktion verursacht werden, die durch die Vibration in Abhängigkeit von der Lagebeziehung zwischen Magnet und Spule erzeugt wird.
3. Mechanische Vibrometer
Verwendet ein MEMS-Halbleiterelement (mikroelektromechanisches System) zur Messung von Kapazitätsänderungen als Reaktion auf die Verschiebung einer variablen Elektrode.
4. Andere Vibrometer
Es gibt auch optische Vibrometer, die die Auslenkung durch Einstrahlung eines Laserstrahls messen, und elektromagnetische Vibrometer, die Mikrowellen-Dopplerlaser zur Messung der relativen Auslenkung verwenden. Diese Methoden erfordern keine Befestigung eines Aufnehmers am schwingenden Objekt und eignen sich für die Schwingungsmessung an kleinen Objekten, heißen Gegenständen und flüssigen Oberflächen.
Weitere Informationen zu Vibrometer
1. Verwendungen eines Vibrometers
Es wird empfohlen, den Aufnehmer mit Stehbolzen oder ähnlichem fest zu befestigen, so dass er in engem Kontakt mit dem nicht gemessenen Objekt steht. Wenn die Befestigungsmethode nicht fest ist, kann der Aufnehmer filtern und eine genaue Messung verhindern.
Andere Befestigungsmethoden als Stehbolzen sind die Verwendung von Klebstoffen oder Magneten. Die Frequenzanalyse wird häufig bei der Analyse von Schwingungen eingesetzt. Dabei handelt es sich um eine Methode, mit der festgestellt werden kann, welche Frequenzen die gemessene Wellenform enthält und mit welcher Intensität jede Frequenz vorhanden ist.
2. Einheiten von Schwingungen
Maschinenschwingungen werden als eine zeitliche Änderung der Größe einer Größe, die die Bewegung oder Verschiebung eines mechanischen Systems darstellt, die zwischen Zuständen größer und kleiner als ein bestimmter Durchschnitts- oder Referenzwert wechselt, definiert. Schwingungen bestehen aus drei Elementen: Amplitude, Frequenz und Phase. Bei der Messung von Schwingungen werden Vibrometer für die drei Größen Auslenkung, Geschwindigkeit und Beschleunigung eingesetzt.
Die praktischen Einheiten für Schwingungen sind:
- Auslenkung: cm, μm (=10-6 m), nm (=10-9 m)
- Geschwindigkeit: cm/s, mm/s
- Beschleunigung: cm/s2, Gal (Gal = cm/s2), G (Gee = 9,80665 m/s2)
Bei Vibrometern zur Messung von Umweltschwingungen wird die Größe der Umweltschwingung durch den Schwingungspegel (dB) bewertet, der ein Messwert ist, der auf den schwingungssensorischen Eigenschaften des menschlichen Körpers beruht. Dies ist das gleiche Konzept wie bei Geräuschpegeln, bei denen der Messwert, der sich nach Korrektur der physikalischen Schwingungsgröße durch die sensorischen Eigenschaften des menschlichen Körpers ergibt, als Bewertungsziel verwendet wird.
- Schwingungspegel L = 20log(V/ V0) [dB]
- V0: Bezugsschwingungsbeschleunigung
- V: RMS-Wert der Schwingungsbeschleunigung (r.m.s.)
V0 wird als 10-6 m/s2 verwendet.