Einpunkt-Schwingungsmessung

Diese Application Note beschreibt den Einsatz des PICOSCALE Interferometers von SmarAct für die Einpunkt-Schwingungsmessung eines Cantilevers und demonstriert seine Fähigkeit zur hochauflösenden, berührungsfreien Wegerfassung. Mit einem Rauschboden im subatomaren Bereich und hoher Bandbreite erfasst das PICOSCALE System sowohl thermische als auch induzierte Schwingungsmoden effektiv und ist damit ideal für Forschungs- und Industrieanwendungen, die eine präzise Schwingungsanalyse erfordern.

Problem: Die Charakterisierung kleinster Schwingungen, insbesondere solcher, die durch thermische und mechanische Anregung beeinflusst werden, ist in vielen wissenschaftlichen und industriellen Anwendungen entscheidend. Herkömmliche Verfahren zur Schwingungsmessung verfügen häufig nicht über die Empfindlichkeit und den Bereich, um sowohl Auslenkungen im Mikro- als auch im Makrobereich in Materialien mit geringer Reflektivität genau zu detektieren. Eine hochauflösende, berührungsfreie Lösung ist erforderlich, um in solchen anspruchsvollen Szenarien präzise Schwingungsmessungen zu erreichen.

Lösung: Das PICOSCALE Interferometer bietet eine Lösung, indem es berührungsfreie, hochauflösende Wegmessungen mit niedrigem Rauschboden unter Verwendung eines laserbasierten Michelson-Interferometrie-Aufbaus ermöglicht. Diese Technologie gewährleistet eine genaue Datenerfassung selbst auf Materialien mit geringer Reflektivität wie Silizium, das häufig in Mikro-Cantilevern verwendet wird.

Implementierung:

1. Aufbau: Das Experiment umfasste einen PICOSCALE F01-10 Fokussiersensorkopf, der auf einen auf einem Piezo-Stack montierten Wolfram-Cantilever ausgerichtet war und sowohl passive als auch aktive Schwingungstests ermöglichte.
2. Messung: Zunächst wurden die Eigenschwingungen des Cantilevers unter Umgebungsbedingungen aufgezeichnet. Anschließend wurde seine Resonanz aktiv angeregt, indem der Piezo-Stack mit der Eigenfrequenz des Cantilevers (2119 Hz) angesteuert wurde.
3. Analyse: Die Schwingungsdaten wurden mithilfe von Funktionen der Fast-Fourier-Transformation (FFT) innerhalb der grafischen Benutzeroberfläche des PICOSCALE verarbeitet, um die Frequenzkomponenten der Wegsignale zu identifizieren und zu quantifizieren.

Ergebnisse: Das System detektierte erfolgreich einen thermischen Resonanzpeak bei etwa 2100 Hz, der natürlichen Umgebungsanregungen zugeschrieben wurde. Als der Piezoaktor mit der Resonanzfrequenz des Cantilevers angesteuert wurde, trat in der FFT ein ausgeprägter Peak auf, der die Wirksamkeit des Systems sowohl für die Analyse von Umgebungsschwingungen als auch von induzierten Schwingungen bestätigte. Das PICOSCALE demonstrierte seine Präzision und Eignung für vielfältige Anwendungen in der Grundlagen-F&E sowie für die Prozesskontrolle in industriellen Umgebungen.