Laser-Doppler-Vibrometrie an dynamischen Strukturen von Windenergieanlagen

Zahlreiche Fragestellungen bei Design, Errichtung und Betrieb von Windenergieanlagen erfordern Vibrationsmessungen, insbesondere auch an Rotorblättern unter Betriebsbedingungen. Verbaute Sensoren können diese Aufgabe nur punktuell, extern angebrachte nur mit großem Aufwand und eventueller Beeinflussung des Messobjektes erfüllen. Als anlagenunabhängiges, distantes Messverfahren soll hier eine Kombination aus Laser-Doppler-Vibrometer mit einem Trackingverfahren für die Verfolgung der Rotordrehung vorgestellt werden. Es erfordert eine Trennung der Effekte, die durch die makroskopische Bewegung des Rotors auftreten, von den zu messenden Vibrationsbewegungen. Neben dem Doppler-Effekt der schnellen Rotorbewegung werden dazu das Signalrauschen der zurückgestreuten kohärenten Laserstrahlung, sowie Bewegungsartefakte aufgrund des schrägen Blickwinkels erörtert. Erste Testmessungen konnten trotz dieser Herausforderungen die Anwendbarkeit der Methode demonstrieren.

Numerous issues in the design, construction and operation of wind turbines require vibration measurements, especially on rotor blades under operating conditions. Built-in sensors can only perform this task selectively, externally mounted sensors only with great effort and possible influence on the object to be measured. A system-independent, distant measuring method will be presented here: the combination of a laser Doppler vibrometer with a method for tracking the rotation of the rotor. It requires a separation of the effects caused by the macroscopic movement of the rotor from the real vibration movements. One is the Doppler effect of the fast rotor movement, additionally, the signal noise of the backscattered coherent laser radiation and motion artifacts due to the oblique viewing angle are discussed. First test measurements demonstrated the applicability of the method despite these challenges.