3-D Scanning Laser Vibrometer
Final Report Abstract
Das 3D Laser Vibrometer wurde für das Forschungsgebiet der dielektrischen Elastomeraktorik (DEA) eingesetzt, um grundlegende Untersuchungen zum dynamischen Bewegungsverhalten dieses Materials durchzuführen sowie das Verhalten von verschiedenen Aktoren zu charakterisieren. Ebenfalls entstehen hieraus geeignete Materialmodelle, die wiederum die Entwicklung und Untersuchung von Aktor- /Sensorsystemen ermöglichen. Die DEA Membrantechnologie beruht darauf, dass eine flexible Silikonfolie, die beidseitig mit Elektroden bedruckt ist, in eine feste Struktur eingespannt wird. Wird eine elektrische Spannung an die beiden Elektroden angelegt, wollen diese sich, auf Grund der elektrostatischen Kräfte, anziehen und verdrängen dabei die Folie in die Ebene. Durch die Vergrößerung der Fläche kann mithilfe einer Vorspannung eine Bewegung in der Membran erzeugt werden. Werden die DE-Aktoren mit hochfrequenten Signalen angeregt, können Membranschwingungen erzeugt werden. Die mit dem Vibrometer durchgeführten Schwingungsuntersuchungen von großflächigen Membranen dienen als Grundlage, um später hochfrequente Vibrationsanwendungen umzusetzen, die zum Beispiel für neuartige Akustikelemente eingesetzt werden können. Es werden die Einflüsse verschiedener Parameter auf das Schwingungsverhalten untersucht, um später geeignete Aktoren als auch Ansteuerungskonzepte für spezifische Anwendungen entwickeln zu können. Die Untersuchung des adaptiven Schwingungsverhaltens von DE-Membranen durch selektive Elektrodenstrukturierung ist Thema eines eingereichten DFG-Antrags. Zusätzlich wird auch das Vibrationsverhalten von verschiedenen schon entwickelten DE-Aktoren untersucht, um zum Beispiel optimale Anregungsfrequenzen zu bestimmen. Es werden einzelne DE-Aktorelemente (z.B. Vivitouch) als auch fertige Prototypen, wie ein Vibrationsförderer oder ein Haptikaktor, charakterisiert. Weitere Untersuchungen wurden zusammen mit dem Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft (Prof. Drewes, Technische Universität München) an mit DE-Vibrationsaktoren ausgestatteten Filtermembranen durchgeführt, die in der Wasseraufbereitung genutzt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als Grundlage für ein Projekt zur Untersuchung der Optimierungsmöglichkeiten in Membranprozessen der Wasseraufbereitung durch Integration von DE Vibrationsaktoren, für das ein DFG-Antrag in Vorbereitung ist. Neben dem Forschungsgebiet der dielektrischen Elastomeraktorik beschäftigt sich der Lehrstuhl für intelligente Materialsysteme auch mit der Verwendung von Piezoaktoren. Einige Projekte beschäftigten sich mit dem Ausnutzen der Körperschallschallausbreitung in Zylindern, wobei Piezoaktoren sowohl als Sender und Empfänger genutzt werden. In diesen Projekten kann die Schwingungsausbreitung mithilfe des Vibrometers visualisiert werden, um günstige Sender- und Empfängerpositionen zu bestimmen. Zu den bearbeiteten Themen gehören die Bestimmung der Kolbenposition in Pneumatik- und Hydraulikzylindern sowie die Korrosionsüberwachung in Rohrleitungen. In Zusammenarbeit mit mehreren Lehrstühlen der Universität des Saarlandes wird das Vibrometer auch für externe Themen verwendet. Der Lehrstuhl für Zerstörungsfreie Prüfung und Qualitätssicherung (LZfPQ) untersucht die Wellenausbreitung von geführten Wellen in Metallplatten zur Defekterkennung. Die mit dem Vibrometer durchgeführten Messungen dienen auch hier zur Bestimmung von Sensorpositionen und zusätzlich zur Validierung von Simulationsmodellen. Mit dem Lehrstuhl für Mikromechanik, Mikrofluidik und Mikroaktorik (LMM) wurde die Charakterisierung von Mikroaktoren zur Ultraschallerzeugung durchgeführt.
Publications
- Charakterisierung des dynamischen Schwingverhaltens neuer elektroaktiver Elastomere. 14. Polytec Vibrometer-Anwenderkonferenz 22.11. – 23.11.16
S. Nalbach; S. Seelecke
- Continuum Vibration Analysis of Dielectric Elastomer Membranes. SPIE Smart Struct. Mater. Nondestruct. Eval. Heal. Monit., 2017: pp. 2–9
S. Nalbach; G. Rizzello; S. Seelecke
(See online at https://doi.org/10.1117/12.2258609) - Vibration analysis of a dielectric elastomer membrane actuator. EuroEAP 2017 7th international conference on Electromechanically Active Polymer (EAP) transducers & artificial muscles, Cartagena, Spain, 2017
S. Nalbach; G. Rizzello; S. Seelecke
- Damage Indices as a Measure for Optimal Sensor Placement in a Guided Wave Monitored Cracked Notched Plate Based on Numerical Simulation versus Scanning Laser Doppler Vibrometry. 9th European Workshop on Structural Health Monitoring July 10-13, 2018, Manchester, United Kingdom
R. Sridaran Venkat; M. El Bakouri; C. Boller
