Laserquellen für präzise Schwingungsmessungen

Eine Einführung in die Welt des Lasers und des Vibrometers

Die Art der Laserquelle spielt eine entscheidende Rolle bei der präzisen berührungslosen Schwingungsmessung, insbesondere bei der Entwicklung moderner Laser-Doppler-Vibrometer (LDV) für verschiedene Anwendungen. Im Folgenden werden wir zwei Arten von Laserquellen näher betrachten und ihre Anwendungen in der Vibrometrie diskutieren.

Helium-Neon-Laserquellen (HeNe-Laserquellen) werden seit vielen Jahren für herkömmliche Laser-Doppler-Vibrometer verwendet und sind dank ihrer einzigartigen Eigenschaften ein nützliches Instrument für die berührungslose Schwingungsmessung. Der Helium-Neon-Laser ist aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften und seiner Vielseitigkeit ein unverzichtbares Werkzeug in der Vibrometrie. Der Gaslaser besteht aus einem Gasgemisch aus Helium und Neon und emittiert rotes Licht mit einer Wellenlänge von 632,8 nm.

Kommerzielle HeNe-Laser sind relativ kleine Geräte mit Hohlraumlängen von in der Regel 15 bis 50 cm, manchmal aber auch bis zu 1 m, um die höchsten Leistungen zu erreichen, und optischen Ausgangsleistungen zwischen 0,5 und 50 mW. Die genaue Wellenlänge roter He-Ne-Laser beträgt im Vakuum 632,991 nm und wird in Luft auf etwa 632,816 nm gebrochen.

Der von HeNe-Lasern emittierte Strahl ist für das menschliche Auge sichtbar und kann ohne Hilfsmittel ausgerichtet werden. Seine vergleichsweise kurze Wellenlänge ermöglicht es, den Laserstrahl präzise auf einen sehr kleinen Messpunkt zu fokussieren, wodurch sich der HeNe-Laser besonders für die Messung von Mikrostrukturen und feinen Details eignet. Vibrometer mit HeNe-Lasern werden regelmäßig eingesetzt, wenn ein ausreichendes Signal vom Messobjekt zurückgestreut wird, die Messfläche ein ausreichendes Reflexionsvermögen aufweist oder durch Wasser hindurch gemessen werden soll, da Licht mit einer Wellenlänge von 633 nm Wasser fast ungehindert durchdringt.

Darstellung eines fokussierten roten Laserstrahls, der eine Glasröhre durchquert. Der Laserstrahl verengt sich in der Mitte der Röhre, bevor er sich wieder ausbreitet. Die Szene verdeutlicht die Präzision und Fokussierung des Lichtstrahls in optischen Anwendungen.

Lernen Sie die SMART-Serie kennen

Optomet setzt auf die neueste und fortschrittlichste kurzwellige Infrarot-Lasertechnologie (SWIR) für beste Signalqualität bei anspruchsvollen Messaufgaben.

Der verwendete SWIR-Laser emittiert unsichtbares Licht bei einer Wellenlänge von 1.550 nm mit einer Ausgangsleistung von bis zu 10 mW. Damit ist die Ausgangsleistung zehnmal so hoch wie die eines HeNe-Lasers. In Kombination mit Photodetektoren mit einem Wirkungsgrad von mehr als 98% ergibt sich ein um 20 dB höheres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) im Vergleich zu herkömmlichen HeNe-LDVs.

Trotz der höheren Laserleistung hat der SWIR-Laser die höchste Laserschutzklasse 1 nach EN 60825-1 und ist damit augensicher. Die Flüssigkeit im Auge absorbiert das Infrarotlicht und schützt so das Auge. Der unsichtbare Messstrahl wird mittels eines koaxial geführten grünen Pilotlasers (Wellenlänge: ca. 532 nm) positioniert. Die Leistung des Pilotlasers ist auf 1 mW begrenzt, was zu einer Einstufung in die Laserschutzklasse 2 nach EN 60825-1 führt. Optomet SWIR Vibrometer haben daher immer die Laserschutzklasse 2 für das Gesamtsystem.

Das Bild zeigt den Nova Infrarot Laser Vibrometer aus der Nova-Serie, ein hochpräzises und vielseitiges Messgerät für dunkle Oberflächen, biologisches Gewebe und große Entfernungen. Das Gerät ist komplett in blau.

Neben einigen Anwendungen, bei denen die einzigartigen Eigenschaften von HeNe-Lasern benötigt werden, sind heutzutage SWIR-Laser die optimale Wahl für die Laser-Doppler-Vibrometrie und Optmet nimmt die führende Rolle in der SWIR-Vibrometrie ein. Durch die Kombination aus höherer Ausgangsleistung und empfindlicheren Photodetektoren bieten SWIR-Vibrometer ein höheres SNR und eignen sich daher besonders für anspruchsvolle Messaufgaben, bei denen Vibrometer mit herkömmlichen Laserquellen an ihre Grenzen stoßen. Selbst auf dunklen, rauen, gewölbten oder anderen Oberflächen mit geringem Reflexionsvermögen erübrigt sich mit dem Infrarot-Vibrometer die Behandlung der Messfläche. Auch Schwingungsmessungen über große Entfernungen sind die unangefochtene Domäne der SWIR-LDVs, ebenso wie Messungen auf glühenden Oberflächen und auf biologischem Gewebe. Hohe Temperaturstabilität und eine lange Lebensdauer bieten weitere Vorteile. All diese Eigenschaften treffen auch auf die neue SMART-Serie von Optomet zu.

Laser-Doppler-Vibrometer (LDV) sind unentbehrliche Hilfsmittel in vielen Bereichen, z. B. im Ingenieurwesen, in der Materialwissenschaft, in der Biologie, in der Medizin und in vielen anderen Bereichen. Sie ermöglichen berührungslose, präzise Messungen von Schwingungen und Vibrationen auf Oberflächen verschiedener Materialien und Strukturen.

Von der Qualitätskontrolle in der Fertigung bis hin zur Untersuchung von biologischem Gewebe sind die Anwendungsmöglichkeiten von LDVs nahezu grenzenlos. Dank ihrer Fähigkeit, hochauflösende Daten in Echtzeit zu liefern, sind LDVs ein unverzichtbares Werkzeug in Forschung, Entwicklung und Qualitätskontrolle.

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Die Vibrometrie ist ein sich ständig weiterentwickelndes Gebiet, das durch technologische Innovationen und neue Forschungsergebnisse vorangetrieben wird. Kontinuierliche Verbesserungen der Laserquellen und LDV-Technologien ermöglichen präzisere Messungen und ein noch breiteres Spektrum an Anwendungen.

Von klassischen HeNe-Lasern bis hin zu modernen Infrarotlasern ist die Auswahl an Vibrometern so vielfältig wie nie zuvor. Wir bei Optomet arbeiten ständig daran, unsere Produkte und Dienstleistungen zu verbessern und unseren Kunden innovative Lösungen für ihre Messaufgaben zu bieten.

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