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Die
Erfindung betrifft ein Vibrometer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1. Die Erfindung betrifft weiter die Verwendung eines derartigen
Vibrometers sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines Schwingungsbildes
eines schwingenden Objekts.
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Ein
Vibrometer der eingangs genannten Art kann beispielsweise dem Prospekt „Möglichkeiten/Grundlagen
der Vibrometrie" der
Polytec GmbH, Polytec-Platz 1–7,
D-76337 Waldbronn, entnommen werden. In einem derartigen Vibrometer
wird beispielsweise mittels eines Lasers kohärentes Licht erzeugt und mittels
eines Strahlteilers in einen Mess- und in einen Referenzstrahl aufgeteilt.
Der Messstrahl trifft auf ein schwingendes Objekt, läuft von
diesem reflektiert zurück
und wird nach dem Prinzip eines Interferometers zur Überlagerung
mit dem Referenzstrahl gebracht. Aufgrund der Schwingungen des Objekts
ergibt sich ein charakteristisches Überlagerungs- oder Interferenzmuster,
aus welchem auf das Schwingungsverhalten des schwingenden Objekts
zurückgeschlossen
werden kann. Wird beispielsweise mittels eines Detektors die Intensitätsvariation
des Überlagerungsmusters
mit der Zeit beobachtet, so kann aus dieser Variation direkt auf
die Schwingungsfrequenz des Objekts bzw. seiner angestrahlten Oberfläche zurückgeschlossen
werden. Die Modulationsfrequenz des Interferenzmusters ist hierbei
direkt proportional zur Geschwindigkeit des schwingenden Objekts.
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Zur
Erfassung des dreidimensionalen Schwingungsverhaltens des schwingenden
Objekts ist es bekannt, die Messstrahlen aus orthogonalen Richtungen
auf das Objekt zu richten, um somit Wegdifferenzen in drei Raumrichtungen
beobachten zu können.
Zur Erzeugung eines ortsaufgelösten Schwingungsbildes
des schwingenden Objekts ist es weiter bekannt, das schwingende
Objekt bzw. seine Oberfläche
mit dem Messstrahl abzuscannen und somit für jeden Messpunkt das spezifische
Schwingverhalten zu ermitteln. Nachteiligerweise erfordert sowohl
die 3D- als auch die ortsaufgelöste
Vibrometrie einen hohen Zeitaufwand bei der Ermittlung des Schwingungsverhaltens.
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Aus
der
US 4 768 381 A ist
ebenfalls ein Vibrometer gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 bekannt, mit dem dreidimensionale Vibrationen eines Objekts
gemessen werden können,
indem das von einer Lichtquelle erzeugte und an einer reflektierenden
konisch-konkaven Oberfläche
eines Elements, welches auf das zu untersuchende Objekt aufgesetzt wird,
reflektierte Licht gemessen wird.
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Die
EP 0 564 112 A2 zeigt
eine Empfangs-Sende-Einrichtung für ein Zielidentifikationssystem
für Flugzeuge.
Dabei kommt ein Laser-Vibrometer zum Einsatz. Auf ein Array von
Fotodetektoren wird die von einem Ziel reflektierte Laserstrahlung gelenkt.
Auf das gleiche Array wird gleichzeitig auch eine Referenz-Laserstrahlung
gelenkt, die mittels eines Strahlteilers in eine Anzahl von separaten
Referenzstrahlen derart aufgeteilt wurde, dass auf jedem Fotodetektor
des Arrays ein separater Referenz-Strahl fokussierbar ist.
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Die
US 2005-0 046 824 A1 offenbart ein optisches Velocimeter zur Bestimmung
der zweidimensionalen Bewegungsgeschwindigkeit eines Messobjekts.
Hierbei wird kohärentes
Licht über
ein Beugungsgitter in drei Lichtflüsse unterteilt. Mittels eines optisches
Systems wird dafür
gesorgt, dass sich die optischen Achsen der Lichtflüsse in einem
Detektionspunkt auf dem Messobjekt schneiden. Das von dem Detektionspunkt
gestreute und aufgrund der Bewegung des Messobjekts frequenzverschobene
Licht wird dann von zwei Licht-Empfangsbereichen empfangen und in
ein elektrisches Signal umgesetzt, um die Bewegungsgeschwindigkeit
des Messobjekts in zwei Richtungen bestimmen zu können.
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Aus
der
US 6323 949 B1 ist
eine optische Messmethode und eine Vorrichtung bekannt, mit denen
die Bestimmung des Zustands eines Objekts auf quasielastischer Interaktion
zwischen dem Objekt und von dem Objekt ausgesendeten Licht bestimmbar
ist. Dabei passiert das von einer Lichtquelle ausgesendete Licht
ein diffraktives optisches Element und interagiert mit einem Objekt.
Das Licht, welches mit dem Objekt interagiert hat, wird gesammelt
und detektiert. Der Zustand des Objektes wird dabei über die
Ausgestaltung des diffraktiven optischen Elements definiert.
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Die
EP 1 610 088 A1 zeigt
eine Vorrichtung zum optischen Vermessen eines Objekts. Dabei wird ein
Interferometer so in den Strahlengang eines konfokalen Autofokusmikroskops
eingekoppelt, dass der Messstrahl des Interferometers gleichzeitig
der Fokus des Mikroskops ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass die interferometrische
Bewegungsmessung immer im Fokus des verwendeten Mikroskops durchgeführt wird.
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Aus
der
DE 198 01 959
A1 ist ein optischer Aufbau zur berührungslosen Schwingungsmessung bekannt.
Hierzu wird ein Laserinterferometer verwendet, bei dem das vom Laser
kommende Licht über
einen Lichtleiter zu einem Messkopf geführt wird. Eine Aufteilung des
Lichtes in einen Messstrahl und in einen Referenzstrahl erfolgt
dabei erst nach Durchlaufen zumindest eines Teiles des Lichtleiters.
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Die
DE 198 06 240 B4 offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur flächenhaften Schwingungsanalyse.
Um auch eine Schwingungsanalyse für komplizierte Werkstücke durchführen zu
können, wird
ein Laserinterferometer eingesetzt, bei dem mittels einer Steuereinheit
das Werkstück
mit einem Laserstrahl abgetastet wird. Um eine gute Ortsauflösung zu
erreichen, werden für
einen Abtastvorgang Messpunkte einzeln und/oder in zumindest einem
in seiner Kontur anpassbarem Raster frei auf dem Messobjekt positioniert,
wobei verschiedene Messpunkt-Teilmengen in unterschiedliche Klassen
eingeteilt und abhängig
von ihrer Klassenzugehörigkeit ausgewertet
werden.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Vibrometer anzugeben, welches hinsichtlich
der notwendigen Messzeit gegenüber
einem Vibrometer der herkömmlichen
Art verbessert ist. Weiter soll eine Verwendung für ein derartiges
Vibrometer angegeben werden. Auch ist es Aufgabe der Erfindung,
ein hinsichtlich der notwendigen Messzeit verbessertes Verfahren
zur Erstellung eines Schwingungsbildes eines schwingenden Objektes
anzugeben.
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Die
auf eine Vorrichtung gerichtete Aufgabe wird für ein Vibrometer gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass ein Mikrospiegelraster im Strahlengang des rücklaufenden
Messstrahls angeordnet ist, wobei eine Empfangsoptik zur Abbildung
des schwingenden Objekts auf das Mikrospiegelraster und eine Abbildungsoptik zur
Abbildung des Mikrospiegelrasters auf den Detektor vorgesehen sind.
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Die
Erfindung geht dabei von der Überlegung aus,
zur Analyse des Schwingungsverhaltens des zu untersuchenden Objektes
dieses nicht mittels des Messstrahls zu scannen, sondern durch eine
Abbildung des Interferenzmusters auf dem Detektor zu ersetzen. Hierdurch
entfällt
der aufwändige
Scannvorgang, wodurch sich nicht nur die Messzeit verringert, sondern
sich zudem ein einfacherer Aufbau des Vibrometers ergibt. In einem
weiteren Schritt geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass sich ein
einfacher und schneller Detektor zur Auswertung des Interferenzmusters
einsetzen lässt,
wenn ein Mikrospiegelraster im Abbildungsstrahlengang verwendet wird.
Ein derartiges, in Spalten und Zeilen angeordnete Mikrospiegel umfassendes
Mikrospiegelraster erlaubt nämlich
eine selektive Auswahl einzelner Abbildungsausschnitte, indem nur
die gewünschten
Mikrospiegel auf den Detektor gerichtet werden.
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Mit
anderen Worten erlaubt die Erfindung, ein Schwingungsbild des zu
untersuchenden Objektes aufzunehmen, in dem nicht der Messstrahl
zeitaufwändig über das
Objekt geführt,
sondern eine selektive Abbildung des Objekts auf den Detektor erfolgt.
Dabei verkürzt
sich die notwendige Messzeit mindestens um diejenige Teilzeit, die
zum Führen des
Messstrahls über
das Objekt erforderlich wäre.
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Hinsichtlich
des Aufbaus der Strahlführungseinrichtung,
die zur Überlagerung
des Mess- und des Referenzstrahls notwendig ist, ist die Erfindung
nicht einge schränkt.
Beispielsweise kann der Aufbau dem eines bekannten Michelson-Interferometers gleichen,
wobei in einem Zweig der Messstrahl von dem schwingenden Objekt
und in dem anderen Zweig der Referenzstrahl von einem Spiegel reflektiert
wird. Die Strahlteilung kann mit herkömmlichen Strahlteilern, aber
auch mit nichtlinearen optischen Elementen durchgeführt werden.
Zur Strahlführung
können Spiegel,
Prismen und insbesondere auch Lichtleitfasern eingesetzt sein.
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Die
notwendige Messzeit des Vibrometers hängt von der angestrebten Auflösung der
Schwingungsfrequenz und der Anzahl der ausgewerteten Messpunkte
ab. Die Frequenzauflösung
legt hierbei die Messzeit pro Messpunkt fest; die gesamte Messzeit
pro Fläche
hängt linear
von der Anzahl der Messpunkte ab. Die Messzeit für eine gewünschte Auflösung der Schwingungsfrequenz
von 1 Hz beträgt
beispielsweise pro Messpunkt 1 Sekunde. Damit benötigt man
zur Auswertung von N Messpunkten N Sekunden. Könnten die N Messpunkte mit
einem Mosaik von Detektorelementen parallel beobachtet werden, so
würde sich
die benötigte
Messzeit auf 1 Sekunde verringern. Für jedes Rasterelement wäre ein Wandler
für optische
in elektrische Energie und eine Elektronik erforderlich, die die
aufgenommene Information, wie beispielsweise Intensität, Amplitude
oder Frequenz, verarbeitet. Ein derart aufwändiges Element ist für eine kommerzielle
Realisierung nicht geeignet.
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Vorteilhafterweise
erlaubt jedoch der Einsatz eines Mikrospiegelrasters die Verwendung
eines einfachen, wenige Rasterelemente aufweisenden Detektors, und
insbesondere eines Einzeldetektors. Hierzu muss lediglich mit den
eingangs geschilderten Vorteilen bezüglich der Messzeit eine selektive
Abbildung des Interferenzbildes auf den Detektor durch Ausrichtung
einzelner Mikrospiegel erfolgen. Mit einem Mikrospiegelraster wird
demnach mit vertretbarer Messzeit ein Abbilden des Vibrometers mit
einem kostengünstigen
Detektor möglich.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine
Sendeoptik zur Ausrichtung des weglaufenden Messstrahls auf das
schwingende Objekt vorgesehen. Hierdurch wird beispielsweise eine
Aufweitung oder Fokussierung des Messstrahls möglich. Ebenso gut ist es jedoch
auch vorstellbar, die Strahlungsquelle bereits so auszugestalten,
dass der auf das Objekt treffende Messstrahl bereits eine gewünschte Querschnittsfläche aufweist.
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Zweckmäßigerweise
wird im Referenzstrahlengang ein Frequenzschieber, insbesondere
eine Bragg-Zelle, angeordnet. Mittels eines derartigen Frequenzschie bers,
der insbesondere auch als ein nichtlineares optisches Element ausgeführt sein kann,
wird die Frequenz des Referenzstrahls gegenüber der Frequenz des Messstrahls
verschoben. Im Falle der Bragg-Zelle geschieht dies durch eine durcheilende
akustische Welle, an der der Referenzstrahl gebeugt wird. Durch
die Verschiebung der Frequenz des Referenzstrahls ist es möglich, nicht
nur die Geschwindigkeit oder Frequenz des schwingenden Objekts zu
analysieren, sondern zusätzlich
seine Bewegungsrichtung. Die Modulationsfrequenz des Interferenzmusters
ist hierbei von der Bewegungsrichtung des Objektes abhängig.
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Zur
Detektion der Bewegungsrichtung des schwingenden Objekts kann weiter
vorteilhaft auch die Polarisationsrichtung der Strahlung ausgenutzt werden.
Hierzu kann der Strahlteiler als ein polarisationsempfindliches
Element ausgeführt
sein. Zur Strahlteilung kann der Strahlteiler generell als ein teilreflektives
oder diffraktives Element ausgestaltet sein.
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Die Überlagerung
von Mess- und Referenzstrahl kann auf dem Detektor selbst erfolgen.
Ebenso gut ist es jedoch auch möglich,
die Strahlführungseinrichtung
derart auszubilden, dass die Überlagerung von
Mess- und Referenzstrahl auf dem Mikrospiegelraster stattfindet.
Im ersteren Fall interferiert ein vom Mikrospiegelraster in den
Detektor abgebildeter Bildpunkt des schwingenden Objekts erst im
Detektor mit dem Referenzstrahl. Im zweiten Fall ergibt sich das Interferenzmuster
bereits auf dem Mikrospiegelraster, ehe es insbesondere selektiv
auf dem Detektor abgebildet wird. Durch die zweite Variante ergibt
sich eine vereinfachte Strahlführung,
da der Mess- und der Referenzstrahl gemeinsam im optischen System geführt werden.
Allerdings kann durch Interferenz Bildinformation ausgelöscht werden.
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Zweckmäßigerweise
ist in dem Vibrometer eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Mikrospiegelrasters
und einer Signalverarbeitungseinheit zur Auswertung der Detektorsignale
integriert. Dabei ist in einer bevorzugten Variante die Steuereinheit
dafür eingerichtet,
die Mikrospiegel zeitlich nacheinander jeweils einzeln auf den Detektor
auszurichten, und die Signalverarbeitungseinheit ist dafür eingerichtet, aus
den derart erhaltenen Detektorsignalen ein ortsaufgelöstes Schwingungsbild
des schwingenden Objekts zu erzeugen. Auf diese Weise werden Bildpunkte
des schwingenden Objekts mit der möglichen Schaltfrequenz des
Mikrospiegelrasters nacheinander auf den Detektor abgebildet, so
dass deren Interferenzmuster mit dem Referenzstrahl beobachtet werden
kann. Bereits ge genüber
einem scannenden Vibrometer ergibt sich hierbei eine Verkürzung der Messzeit,
da die Verschiebung des Messstrahls entfällt.
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Die
Messzeit kann vorteilhafterweise weiter verringert werden, wenn
die Mikrospiegel nacheinander mit einer Frequenz auf den Detektor
ausgerichtet werden, die gegenüber
einer zur Auflösung
einer maximalen Schwingungsfrequenz erforderlichen Grenzfrequenz
erhöht
ist. Soll beispielsweise bei einer Auflösung von 1 Hz eine maximale
Schwingungsfrequenz von 10 Hz detektiert werden, so beträgt die zur Auflösung erforderliche
Grenzfrequenz nach dem Nyquist-Theorem das Doppelte der maximalen Schwingungsfrequenz,
nämlich
20 Hz. Folglich muss jeder Messpunkt mit einem zeitlichen Abstand
von nicht mehr als 50 Millisekunden über einen Zeitraum von 1 Sekunde
auf den Detektor gerichtet werden, um für jeden Messpunkt aus dem Überlagerungsmuster
die für
das Schwingungsbild notwendige Information zu gewinnen. Werden die
Mikrospiegel nacheinander mit einer höheren Frequenz als der erforderlichen
Grenzfrequenz auf den Detektor ausgerichtet, so ermöglicht dies
eine Verringerung der Messzeit. Dies gelingt dadurch, dass in der
Zeit zwischen zwei Messtakten eines Messpunktes, wobei in jedem
Messtakt der Mikrospiegel auf den Detektor ausgerichtet ist, weitere
Mikrospiegel auf den Detektor ausgerichtet werden. Mit anderen Worten
wird jeder Mikrospiegel zeitlich versetzt gegen den Detektor ausgerichtet,
wobei jeder Mikrospiegel separat betrachtet mit der Taktung der
Grenzfrequenz ausgerichtet wird und der zeitliche Abstand der Ausrichtung aufeinander
folgender Mikrospiegel einer höheren Frequenz
entspricht, deren Maximalwert durch die maximal mögliche Ansteuerfrequenz
des Mikrospiegelrasters gegeben ist. Hierdurch kann die Messzeit deutlich
weiter verkürzt
werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Mikrospiegelraster
derart angesteuert, dass die Mikrospiegel zeitlich nacheinander
in einer jeweils vorgegebenen Gruppierung auf den Detektor ausgerichtet
werden, wobei die Signalverarbeitungseinheit aus den derart erhaltenen
Detektorsignalen mit einer mathematischen Transformation ein ortsaufgelöstes Schwingungsbild
des schwingenden Objekts erzeugt. Bei dieser Variante werden Gruppen von
Mikrospiegeln gemeinsam auf den Detektor ausgerichtet. Damit werden
mehrere Bildpunkte des Überlagerungsmusters
gemeinsam durch den Detektor aufgenommen. Bei entsprechender Vorgabe
der gemeinsam auf den Detektor ausgerichteten Mikrospiegel kann
mittels einer mathematischen Transformation aus den gesamt aufgenommenen
Detektorsignalen auf den Intensitätsverlauf in jedem einzelnen Bildpunkt
des Überlagerungsmusters
zurückgerechnet
werden. Da die Mikro spiegel gruppenweise auf den Detektor ausgerichtet
werden, ist es hierdurch möglich,
die zum Erzielen einer gewünschten
Auflösung
erforderliche Messzeit deutlich zu verringern. Zum Zurückrechnen
eignet sich als mathematische Transformation insbesondere eine Hadamard-Transformation.
Diese ist beispielsweise in M. Harwit, Hadamard Transform Optics,
Academic Press, 1979, im Kapitel 3 „Basic Theory of Hadamard
Transform Spectrometers and Imagers" auf Seiten 44 ff beschrieben.
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Zur
Erzeugung des ortsaufgelösten
Schwingungsbilds des zu untersuchenden Objekts kann z.B. aus dem
gewonnenen Intensitätsverlauf
jedes einzelnen Bildpunkts des Überlagerungsmusters
durch eine Frequenzanalyse, beispielsweise durch eine Fourier-Transformation,
auf das jeweilige Schwingungsspektrum geschlossen werden. Im Falle
einer linearen mathematischen Transformation zur Rückrechnung
aus den Gruppeninformationen ist es unerheblich, ob die Frequenzanalyse
gleich mit den erhaltenen Detektorsignalen, d.h. den Rohdaten, durchgeführt und
anschließend
die Transformation angewendet wird, oder ob zunächst die mathematische Transformation
auf die Rohdaten angewendet und die Frequenzanalyse mit den transformierten
Rohdaten durchgeführt
wird.
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Zur
Verringerung des Signal/Rausch-Verhältnisses ist es zweckmäßig, Streulicht
zu unterdrücken.
Hierzu sind die Mikrospiegel des Mikrospiegelrasters derart ausgestaltet,
dass sie jeweils zwei Kippstellungen einnehmen können, wobei jeder Mikrospiegel
eintreffende Strahlung in der ersten Kippstellung auf den Detektor
und in der zweiten Kippstellung in eine Lichtfalle lenkt. Durch
diese Ausgestaltung wird erzielt, dass den Detektor nur diejenige Strahlung
erreicht, die von auf den Detektor ausgerichteten Mikrospiegeln
stammt. Streustrahlung von nicht auf den Detektor ausgerichteten
Mikrospiegeln wird durch die Lichtfalle reduziert.
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Hinsichtlich
der Verwendungsangabe wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das beschriebene Vibrometer zur Identifizierung eines schwingenden
Objekts oder einer signifikanten Eigenschaft des schwingenden Objekts anhand
seiner Schwingungscharakteristik eingesetzt wird.
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Beispielsweise
kann durch die Vibration eines laufenden Motors ein aktives Fahrzeug
von einer bloßen
Attrappe unterschieden werden. Insbesondere bei einem militärischen
Einsatz des Vibrometers ist es somit möglich, zur Identifizierung
realer Fahrzeuge eine weitere Eigenschaft, nämlich deren Vibration, heranzuziehen.
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In
einer zweckmäßigen Ausgestaltung
wird die Schwingungscharakteristik dem zu identifizierenden Objekt
insbesondere durch eine definierte Schwingungsvorrichtung vorgegeben.
Hierzu kann den zu identifizierenden Objekten, wie insbesondere Fahrzeugen,
Flugzeugen oder Gebäuden,
eine spezifische Schwingungscharakteristik aufgeprägt werden,
anhand derer diese der eigenen Seite zugehörend identifiziert werden können. Mittels
einer derartigen Verwendung ist demnach eine Freund-Feind-Unterscheidung
möglich.
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Die
auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 14 erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass
das schwingende Objekt mittels des Messstrahls auf ein Mikrospiegelraster
abgebildet wird, und dass das Mikrospiegelraster auf den Detektor abgebildet
wird.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind den auf ein Verfahren gerichteten
Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Die
für das
Vibrometer geschilderten Vorteile sind sinngemäß auf die verfahrensgemäßen Ausgestaltungen
zu übertragen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 schematisch
eine erste Variante eines abbildenden Vibrometers mit Mikrospiegelraster,
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2 schematisch
eine zweite Variante eines abbildenden Vibrometers mit Mikrospiegelraster und
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3 schematisch
die Verwendung eines Vibrometers zur Identifizierung eines schwingenden Objekts.
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In 1 ist
schematisch ein Vibrometer 1 dargestellt, welches als Strahlungsquelle
einen Laser 2, einen Strahlteiler 4, eine Sendeoptik 5,
eine Empfangsoptik 7, ein Mikrospiegelraster 8,
eine Abbildungsoptik 9 und einen Detektor 10 umfasst.
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Der
Laser 2 emittiert einen kohärenten Ausgangsstrahl 13,
der durch den Strahlteiler 4 in einen Messstrahl 14 und
in einen Referenzstrahl 15 aufgeteilt wird. Mittels der
Sendeoptik 5 wird der Messstrahl 14 aufgeweitet
und auf das zu un tersuchende schwingende Objekt 17 gerichtet.
Das schwingende Objekt 17 führt – durch die Pfeile angedeutet – Schwingungen
aus.
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An
dem schwingenden Objekt 17 wird der Messstrahl 14 reflektiert.
Der rücklaufende
Messstrahl 18 durchläuft
die Empfangsoptik 7, die die beleuchtete Oberfläche des
schwingenden Objekts 17 auf das Mikrospiegelraster 8 abbildet.
Das Mikrospiegelraster 8 wird mittels der Abbildungsoptik 9 auf
dem Detektor 10 abgebildet. Auf dem Detektor 10 interferiert
der von dem Mikrospiegelraster 8 auf den Detektor ausgerichtete
Teil der Objektabbildung mit dem Referenzstrahl 15, so
dass der Detektor 10 das sich bildende Interferenz- oder Überlagerungsmuster
beobachtet.
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Zur
Auswertung der enthaltenen Detektorsignale ist der Detektor 10 mit
einer Signalverarbeitungseinheit 20 verbunden. Die Signalverarbeitungseinheit 20 ist
mit einer Steuereinheit 21 kombiniert, die zur Ansteuerung
mit dem Mikrospiegelraster 8 verbunden ist. Die Steuereinheit 21 steuert
das Mikrospiegelraster 8 beispielsweise derart an, dass
einzelne Mikrospiegel zeitlich nacheinander in einer jeweils vorgegebenen
Gruppierung auf den Detektor 10 ausgerichtet werden. In
einem Messzyklus werden dabei mit der durch das Mikrospiegelraster 8 möglichen
Ansteuerfrequenz eine vorgegebene Anzahl von durch die jeweilige
Anordnung der Mikrospiegel im Mikrospiegelraster 8 definierte
Gruppen auf den Detektor 10 ausgerichtet. Aus den derart
erhaltenen Detektorsignalen wird mittels einer Hadamard-Transformation
in der Signalverarbeitungseinheit 20 auf den zeitlichen
Intensitätsverlauf
des Überlagerungsmusters
jedes durch die Größe des Mikrospiegel
definierten Abbildungspunktes zurückgeschlossen. Durch eine Frequenzanalyse
wird ein ortsaufgelöstes
Schwingungsbild des schwingenden Objekts 17 erzeugt.
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In 2 ist
schematisch ein alternatives Vibrometer 23 dargestellt.
Das Vibrometer 23 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten
Vibrometer 1 dadurch, dass die Sendeoptik 5 im
Ausgangsstrahl 13 angeordnet ist, und dass der Strahlteiler 4 den
abgeteilten Referenzstrahl 15 auf das Mikrospiegelraster 8 richtet.
Weiter ist in den Referenzstrahl 15 eine Bragg-Zelle 22 eingesetzt,
wodurch der Referenzstrahl 15 eine Frequenzverschiebung
erfährt.
Hierdurch ist die Detektion der Schwingungsrichtung möglich.
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Durch
diese Ausgestaltung findet in dem Vibrometer 23 die Überlagerung
des rücklaufenden Messstrahls 18 und
des Referenzstrahls 15 auf dem Mikrospiegel raster 8 statt.
In diesem Fall wird durch selektive Ansteuerung der einzelnen Mikrospiegel des
Mikrospiegelrasters 8 jeweils ein oder mehrere Bildpunkte
des Interferenzmusters in den Detektor 10 abgebildet.
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Die
Detektoren 10 in den Vibrometern 1 und 23 sind
jeweils als Einzeldetektoren in Form schneller Photomultiplier ausgebildet.
Es wird jeweils der zeitliche Verlauf der aufgenommenen Intensität aufgenommen.
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In 3 ist
eine Verwendung des Vibrometers 1 gemäß 1 zur Gewinnung
von Aufklärungsdaten
dargestellt. Hierzu überfliegt
eine Drohne 24 ein Gelände 26 mit
offenem Bewuchs 27 sowie Bäumen 28. Weiter befindet
sich in dem Gelände 26 ein Lastkraftwagen 29,
von dem es unklar ist, ob er real oder eine Attrappe ist.
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Die
das Gelände 26 überfliegende
Drohne 24 ist neben einer Vielzahl anderer Sensoren, wie Kameras
und Infrarotdetektoren, mit einem Vibrometer 1 gemäß 1 ausgerüstet. Über den
eingezeichneten Strahlengang 30 misst das Vibrometer 1 Schwingungen
des anvisierten Objekts. Vorliegend detektiert das Vibrometer 1 eine
Motorschwingung des Lastkraftwagens 29, so dass nun eindeutig
darauf geschlossen werden kann, dass ein realer Lastkraftwagen 29 vorliegt.
Der Einsatz des Vibrometers 1 ergänzt somit die weiter von dem
Lastkraftwagen 29 mit den übrigen Sensoren erhaltenen
Informationen, so dass für
entsprechend einzuleitende Maßnahmen
die notwendigen Entscheidungsgründe
vorliegen.
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- 1
- Vibrometer
- 2
- Laser
- 4
- Strahlteiler
- 5
- Sendeoptik
- 7
- Empfangsoptik
- 8
- Mikrospiegelraster
- 9
- Abbildungsoptik
- 10
- Detektor
- 13
- Ausgangsstrahl
- 14
- Messstrahl
- 15
- Referenzstrahl
- 17
- schwingendes
Objekt
- 18
- rücklaufender
Messstrahl
- 20
- Signalverarbeitungseinheit
- 21
- Steuereinheit
- 22
- Bragg-Zelle
- 23
- Vibrometer
- 24
- Drohne
- 26
- Gelände
- 27
- Bewuchs
- 28
- Baum
- 29
- Lastkraftwagen
- 30
- Strahlengang