Schwingungsmessungen an Strukturen
Mit dem optischen Messverfahren PROPAC können auch sich zeitlich ändernde Oberflächenbewegungen gemessen werden, da das Messsignal von einer CCD-Kamera flächenhaft erfasst wird. Bewegungsunschärfen lassen sich eliminieren durch entsprechend kurze Shutter-Zeiten der CCD-Kamera oder durch die Verwendung von gepulsten Lichtquellen bei der Projektion eines Musters. Mit Pulslasern können sogar extrem kleine Belichtungszeiten von nur wenigen Nanosekunden erzielt werden. Die Verwendung von High-Speed-Kameras und -Lasern ermöglichen Aufnahmeraten von einigen kHz, womit sich auch zeitlich aufgelöste Messungen von schnell ablaufenden instationären Vorgängen realisieren lassen. Eine Anwendung bei periodischen Vorgängen ist beispielsweise die Messung der Schwingungsmoden von komplexeren Strukturen.
Im folgenden Beispiel wurden mit PROPAC die Schwingungsmoden einer ebenen Aluminiumwaben-Sandwich-Platte bestimmt. Die vertikal aufgehängte Platte besitzt die Dimensionen 0,9 m horizontal and 1,2 m vertikal. Die Pixelauflösung der verwendeten Kamera ist 1376 x 1040. Ein elektromagnetischer Erreger bringt die Platte bei den einzelnen Resonanzfrequenzen in Schwingung. Kamera und Pulslaser werden von einem programmierbaren Sequencer phasenstarr zum sinusförmigen Signal des Erregers getriggert, sodass die Bildaufnahme 90°-phasenverschoben erfolgt, d.h. wenn die Amplituden der Oberflächenschwingungen maximal sind. Das Bild zeigt beispielhaft das Ergebnis für eine Resonanzfrequenz von 118,9 Hz. Die Oszillation der Platte ist durch sich überlagernde sinusförmige Deformationen charakterisiert, welche symmetrisch zur Plattenmitte auftreten. Die hierbei auftretenden Amplituden der Plattenschwingung liegen in der Größenordnung von 1 mm bei einer Messgenauigkeit von etwa 20 µm.
Das Beispiel zeigt, dass das Messverfahren PROPAC zur genauen Messung von Schwingungsmoden selbst auf größere Flächen angewendet werden kann, wie sie z.B. an Flugzeugtragflächen und deren Klappensystemen auftreten. Vorteile von PROPAC sind hierbei die schnelle Datenerfassung und kurze Einrichtzeiten, ohne dass Eingriffe in die Struktur des Flugzeuges notwendig sind. Mit der Verwendung von höher auflösenden Kameras kann die erzielbare Genauigkeit für eine bestimmte Messfeldgröße noch gesteigert werden. Aufgrund der Skalierbarkeit des Messverfahrens kann PROPAC auch auf kleine Bauteile angewendet werden, um beispielsweise sehr schnell räumliche Informationen des Schwingungsverhaltens von komplexeren Systemen zu erhalten, insbesondere wenn größere Schwingungsamplituden auftreten (z.B. Platinen mit elektronischen Bauteilen).