Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB 
Ausgangssituation
Anhand der Geräusche, die unser Auto, die Waschmaschine oder der PC-Lüfter von sich geben, zeigt uns bereits die Alltagserfahrung, wie viel Information im Vibrationsverhalten von Geräten über deren Funktionsstatus enthalten ist. Daher nutzen Condition-Monitoring-Systeme zur Überwachung technischer Anlagen u. a. häufig Vibrationssensoren, deren Detektionsvermögen meist einen deutlich breiteren Frequenzbereich abdeckt als das menschliche Ohr. Auch Sensoren in modernen Windenergieanlagen (WEA) liefern anhand des Schwingungsverhaltens wertvolle Daten zum Zustand und zu den Eigenschaften einer Anlage. So können im Betrieb mögliche Schäden erkannt oder beim Anlagendesign gefährliche Resonanzen oder störende Geräuschentwicklung eliminiert werden.
Aufwand und Kosten limitieren jedoch die Anzahl der Sensoren, mit der eine WEA sinnvollerweise bestückt werden kann. Messdaten sind somit auf eine begrenzte Menge ausgewählter Positionen beschränkt. Daneben lassen sich für den Dauerbetrieb fest integrierte Vibrationssensoren besonders in den Rotorblättern im späteren Betrieb bei einem Ausfall oft nicht ersetzen.
Projektidee und Anforderungen
Das Fraunhofer IOSB entwickelt ein Messsystem, das die Schwingungen aus einer Entfernung von 200 m bis 500 m völlig unabhängig von der WEA erfassen kann. Es benötigt weder Kontakt zur Anlage, noch sind daran Änderungen für die Messung notwendig. Die Basis des Verfahrens bildet die Laser-Doppler-Vibrometrie (LDV). Hiermit kann prinzipiell an jedem beliebigen Punkt der Außenoberfläche der WEA ein Vibrationssignal abgegriffen werden. So ermöglicht die LDV bei Bedarf auch eine Vibrationserfassung mit sehr hoher räumlicher Auflösung.
Das besondere Augenmerk des Projektes liegt auf der Vermessung der Vibrationen der drehenden Rotorblätter im laufenden Betrieb. Dafür muss der Laserfleck des LDV jeweils für einige Sekunden der Drehbewegung der gewünschten Messposition nachgeführt und dort auf wenige Zentimeter genau stabilisiert werden. Das Laser-Doppler-Vibrometer ist zu diesem Zweck auf einen Schwenk-Neige-Kopf (SNK) montiert, eine um Horizontal- und Vertikalachse mit hoher Winkelpräzision drehbare Trägerplattform.
Die Herausforderungen im Projekt bestehen in der Entwicklung einerseits eines Vibrometers, das zur Vermessung eines bewegten Objektes geeignet ist, und andererseits eines Trackingverfahrens für die Erfassung der Rotorbewegung und Ansteuerung des SNK.
