Präzise Akustik- & Ultraschallmessung mit LDVs

Die Ausbreitung von Schallwellen in einem Medium (z. B. Luft) bewirkt eine räumliche und zeitliche Schwankung der Dichte. Da sich der Brechungsindex und damit die Lichtgeschwindigkeit mit der Dichte des Mediums ändert, können die durch die Schallwellen verursachten Dichteänderungen mit dem Laser-Doppler-Vibrometer sichtbar gemacht werden. Diese Methode ist eine zentrale Komponente der interferometrischen Messung, die präzise und reproduzierbare Ergebnisse liefert.

Dazu wird der Laserstrahl, der das zu messende Schallfeld durchläuft, an einer statischen weißen Fläche abgetastet und das reflektierte Signal detektiert. Im Gegensatz zu den typischen Anwendungen der Vibrometrie resultieren die interferometrisch gemessenen Phasendifferenzen nicht aus der Bewegung der reflektierenden Fläche, sondern aus der Variation der Laufzeit vom Vibrometer zum Reflektor und zurück zum Messgerät, die durch die Dichteschwankungen verursacht werden. Diese Ergebnisse spielen eine entscheidende Rolle bei der Schallfeldanalyse und der Rekonstruktion der dreidimensionalen Geometrie des Schallfeldes.

Anwendungsbeispiele sind die Messung des Schallfeldes für die Entwicklung von Ultraschallwandlern und Lautsprechern. Die dreidimensionale Geometrie des Schallfeldes kann auch mit tomographischen Methoden rekonstruiert werden, eine Technik, die als Schallfeld-Tomographie bekannt ist.

Finite-Elemente-Methoden (FEM) spielen in der Akustik eine zentrale Rolle für die präzise Simulation von komplexen Schallfeldern und Schwingungsmustern. Mit Hilfe der FEM können Resonanzfrequenzen und Schwingungsformen im Detail analysiert und optimiert werden.

Laser-Doppler-Vibrometer von Optomet ergänzen diese Methode perfekt, indem sie experimentelle Daten liefern, mit denen die Simulationen validiert werden können. Diese Kombination ermöglicht die effiziente Entwicklung von akustischen Komponenten wie Lautsprechern oder Sonotroden und die Optimierung der Schalldämmung in verschiedenen Anwendungen.

Zum Fügen von Thermoplasten und dünnen Metallteilen werden akustische Ultraschallschwingungen mit Frequenzen von 20 kHz und mehr eingesetzt. Schwingungsgeschwindigkeiten von mehreren m/s führen zu dem für den Schmelzprozess notwendigen Energieeintrag.

Der Messbereich von bis zu 25 m/s der Einpunkt- und Scanning-Laservibrometer von Optomet bietet detaillierte Einblicke in den komplexen Schweißprozess. Sie ermöglichen es den Anwendern, Simulationsparameter zu schätzen, Finite-Elemente-Modelle zu validieren und zur Feinabstimmung des Designs von Sonotrode und Amboss beizutragen.

Ein digitaler Signalausgang von 32 Bit macht kleinste Schwingungen sichtbar, auch wenn sie von viel größeren Amplitudenschwingungen überlagert werden.

Die lange Lebensdauer der SWIR-Laserquelle auch im Dauerbetrieb macht die Optomet-Vibrometer ideal für die End-of-Line-Prüfung und Qualitätskontrolle sowie für die Inspektion von Piezokeramiken, die von Lieferanten bezogen werden.

Die hohen Signalpegel der SWIR-Vibrometer von Optomet machen eine reflektionssteigernde Oberflächenbehandlung überflüssig.