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Dissertation
Homodyninterferometer zur berührungslosen
Schwingungsanalyse
zur Erlangung des akademischen Grades
Doktoringenieur (Dr.-Ing.)
eingereicht bei der Fakultät für Maschinenbau
der Technischen Universität Ilmenau
von Dipl. Ing. Denys Dontsov,
geboren am 29.07.1971 in Kiew
Ilmenau, den
Gutachter :
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2
Inhalt
INHALT
Abkürzungen und Formelzeichen
4
1. Einleitung
6
2. Grundlagen der Schwingungslehre
8
3. Etablierte optische Verfahren zur berührungslosen Schwingungsmessung
3.1
Faseroptische Systeme
3.2
Speckle - Interferometer
3.3
Laser — Doppler Interferometer/Vibrometer
3.4
Homodyninterferometer
3.5
Kapitelzusammenfassung
13
13
14
15
17
18
4. Theoretische Grundlagen
4.1
Theoretische Grundlagen der Interferometrie
4.2
Antastung optisch rauher Oberflächen
4.2.1 Betrachtungen der mittleren Specklegröße
4.2.2 Überlagerung des Speckle — Musters mit einer ebenen Welle
4.3
Kapitelzusammenfassung
19
19
24
27
36
39
5. Polarisationsoptischer Interferometeraufbau
5.1
Entstehung des Interferenzbildes
5.2
Betrachtungen der optischen Offsetkompensation
5.3
Aufbaukonzept bei spiegelnden Messoberflächen
5.4
Aufbaukonzept bei rauhen Messoberflächen
5.5
Kapitelzusammenfassung
40
40
47
54
57
66
6. Modulare Auswerteeinheit.
6.1
Auswertung von Interferenzsignalen in der Einfrequenzinterferometrie
6.2
Analoge Signalaufbereitung
6.3
Digitale Signddemodulation
6.3.1 Digitale Signaldemodulation mit Korrekturtabellen
6.3.2 Digitale hochauflösende Signaldemodulation
6.4
Kapitelzusammenfassung
68
69
75
84
91
94
97
7. Analyse der Messunsicherheit
7.1
Die Laserwellenlänge als Messnormal
7.2
Messunsicherheit eines Messwertes
7.3
Kapitelzusammenfassung
98
98
99
104
8. Schwingungsanalysesoftware
105
Inhalt
3
9. Praktische Anwendungen
9.1
Messung an einem Piezo- Bimorph
9.2
Messung an einer Komparatorwaage
9.3
Messung der Oberwellen eines Mikroantriebes
108
108
109
110
10. Zusammenfassung
112
11. Anhang
11.1 Wellengleichung und Intensität ebener Wellen
11.2
Gaußscher Strahl
11.3 Technische Daten des Messsystems
114
114
118
122
12. Literaturverzeichnis
123