Schwingungssensoren mit hoher Reichweite

Schwingungssensoren mit großer Reichweite werden eingesetzt, wenn eine direkte Sensorinstallation nicht möglich ist – etwa aufgrund großer Entfernungen, Sicherheitsvorgaben oder eingeschränktem physischem Zugang. In solchen Fällen ermöglicht die berührungslose Schwingungsmessung eine zuverlässige Datenerfassung aus mehreren Metern bis hin zu mehreren Hundert Metern Entfernung.

Typische Anwendungen ergeben sich aus Bedingungen, die einen sicheren und entfernten Messaufbau erfordern: große Infrastruktur, Sperrbereiche oder laufende Maschinen, die nicht mit Sensorik ausgerüstet werden können.

Talk to an expert Learn more

Schwingungsmessung bei großen Messabständen

Bei der Schwingungsmessung mit großen Messabständen werden mechanische Schwingungen an Objekten erfasst, die sich weit vom Messsystem selbst entfernt befinden. Auch wenn der Begriff häufig mit klassischen, kontaktbasierten Sensoren verbunden wird, weist die zugrunde liegende Anforderung – Schwingungen bei einem großen Messabstand zu messen – zunehmend auf berührungslose Technologien hin.

Konventionelle Schwingungssensoren wie Beschleunigungssensoren, Dehnungsmessstreifen oder Geschwindigkeitssensoren erfordern eine physische Befestigung am Messpunkt. Sie liefern zuverlässige Daten, ihr Einsatz setzt jedoch einen direkten Zugang zur Struktur voraus. Bei Messabständen von mehreren Dutzend oder Hunderten Metern wird dieser notwendige Kontakt zum begrenzenden Faktor.

Berührungslose Messsysteme – insbesondere laserbasierte Systeme – überwindet diese Einschränkung: Ein Laserstrahl wird auf die Oberfläche des Objekts gerichtet, und die Schwingung wird optisch erfasst, ohne die Struktur zu berühren. So sind Messungen aus Entfernungen möglich, die mit konventioneller Sensorik unpraktisch oder unmöglich sind.

Kontaktsensor

  • Physische Befestigung erforderlich
  • Kabelverbindung zur Datenerfassung (DAQ)
  • Fügt der Struktur Masse hinzu
  • Zugang zum Montagepunkt erforderlich

Berührungslos (Laser)

  • Keine Montage – der Laserstrahl ersetzt den Sensor
  • Keine Verkabelung bis zum Messpunkt
  • Kein Masseeinfluss
  • Messung aus sicherer Entfernung

Laser-Doppler-Vibrometrie für Messungen bei großen Messabständen

Die Laser-Doppler-Vibrometrie (LDV) ist ein optisches, berührungsloses Messprinzip, das Oberflächenschwingungen bei Messabständen von wenigen Millimetern bis zu mehreren Hundert Metern erfasst.

Ein Laser-Doppler-Vibrometer richtet einen Laserstrahl auf die Oberfläche des Prüflings. Wenn die Oberfläche schwingt – sich also auf das Gerät zu oder von ihm weg bewegt – verschiebt sich die Frequenz des reflektierten Lichts proportional zur Oberflächengeschwindigkeit. Das ist der Doppler-Effekt, angewendet auf Licht.

Das Vibrometer erfasst diese Frequenzverschiebung interferometrisch und wandelt sie in Signale für Geschwindigkeit, Weg und Beschleunigung um. Die Messung ist vollständig optisch: Es wird kein Sensor auf der Struktur montiert, keine Leitung zum Messpunkt verlegt, und das Schwingungsverhalten des Objekts bleibt vollständig unbeeinflusst.

Warum LDV für große Messabstände geeignet ist

Der Laserstrahl bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit, bringt keine Masse ein und erreicht jede Oberfläche innerhalb der Sichtlinie. Der erreichbare Messabstand hängt vom optischen Design des Geräts ab – Aperturgröße, Laserleistung und Fokussierfähigkeit – sowie von den Oberflächeneigenschaften des Ziels.

Moderne Laser-Vibrometer, die im kurzwelligen Infrarotbereich (SWIR) bei 1550 nm arbeiten, erreichen Messabstände von über 300 m.

Typische Anwendungen für Schwingungsmessung bei großen Messabständen

  • Große Messabstände, zum Beispiel an großen Strukturen wie Brücken, Gebäuden oder Tragekonstruktionen
  • Eingeschränkter physischer Zugang zum Prüfling aufgrund von Größe, Geometrie oder betrieblichen Randbedingungen
  • Sicherheitskritische Umgebungen, einschließlich explosionsgefährdeter Bereiche, Hochspannungszonen oder Bereichen mit erhöhten Temperaturen
  • Heiße, bewegte oder in Betrieb befindliche Strukturen, wie etwa heiße Rohrleitungen oder rotierende Maschinen
  • Raue oder verunreinigte Oberflächen, bei denen eine zuverlässige Sensormontage nicht möglich ist, zum Beispiel im Bergbau oder bei schweren Maschinen
  • Objekte, die nicht instrumentiert werden dürfen, etwa historische oder geschützte Bauwerke, bei denen eine nicht-invasive Messung erforderlich ist

Warum konventionelle Schwingungssensoren an ihre Grenzen stoßen

Kontaktbasierte Schwingungssensoren sind in vielen Messumgebungen etabliert. Für Anwendungen mit großen Messabständen bringen sie jedoch praktische Einschränkungen mit sich:

  • Verkabelungs- und Installationsaufwand: Jeder Kontaktsensor benötigt Signalkabel, eine Stromversorgung und oft zusätzliche Signalaufbereitung. Über große Entfernungen wird die Verkabelung zu einem wesentlichen Kosten- und Logistikfaktor.
  • Umpositionierung und wiederholter Aufbau: Wenn an einer großen Struktur mehrere Messpunkte erforderlich sind, braucht jeder Punkt eine separate Sensorinstallation. Ein Umsetzen bedeutet, den gesamten Montage- und Kalibrierprozess erneut durchzuführen.
  • Komplexe Fehlersuche: Wenn sich die Signalqualität verschlechtert oder ein Kanal ausfällt, ist die Ursachenanalyse bei langen Kabelwegen mit mehreren Verbindungsstellen zeitaufwendig. Die Fehlerquelle kann der Sensor, das Kabel, der Stecker oder die Montage selbst sein.
  • Zugangs- und Sicherheitsanforderungen: Das Anbringen von Sensoren an Brücken, Türmen oder Hochhäusern erfordert physischen Zugang – häufig mit Gerüsten, Kletterausrüstung oder Hubarbeitsbühnen. In der Nähe von Hochspannungsanlagen oder in Sperrzonen ist eine sichere Sensorinstallation unter Umständen gar nicht möglich.

Lösungen für Schwingungsmessung bei großen Messabständen von Optomet

Optomet entwickelt und fertigt Laser-Doppler-Vibrometer für die berührungslose Schwingungsmessung. Das Produktspektrum umfasst Einpunkt-, Scanning- und Mehrkanalsysteme für Anwendungen in Forschung, Entwicklung und industrieller Erprobung.

Für die Schwingungsmessung bei großen Messabständen bietet Optomet innerhalb der CLASSIC Nova-Serie eine dedizierte Systemkonfiguration – die Nova-Xtra.

Nova-Xtra: Laser-Vibrometer für große Messabstände

Das Optomet Nova-Xtra ist eine Erweiterung der Nova-Serie und wurde für Schwingungsmessungen bei Messabständen von über 300 m entwickelt. Es arbeitet mit einem unsichtbaren SWIR-Laser (1550 nm), der ein verbessertes Rückstreuverhalten auf dunklen und rauen Oberflächen bietet und die Empfindlichkeit gegenüber Umgebungslicht reduziert.

Wesentliche Merkmale:

  • Arbeitsabstand von 2,49 m bis über 300 m
  • Frequenzbandbreite von DC bis 25 MHz
  • Messgrößen: Geschwindigkeit, Weg und Beschleunigung
  • Frontoptik mit großer Apertur für erhöhte Signalerfassung bei großer Reichweite
  • Optionale SWIR-Kamera zur Visualisierung des Infrarot-Laserspots
  • 3× Analogausgänge und digitale Schnittstelle (1 Gbit Ethernet)

Das Nova-Xtra ist für die strukturdynamische Schwingungsanalyse von Brücken, Türmen, Hochhäusern und großen Industrieanlagen ausgelegt – überall dort, wo berührungslose Messungen aus großer Entfernung erforderlich sind.

Mehr über das Nova-Xtra erfahren →

Schwingungsmessung in Forschung, Entwicklung und Industrie – Optomet bietet die passende Lösung für Ihre Anforderungen.

Jetzt beraten lassen