DE10111974A1 - Einrichtung und Verfahren zur Schwingungsmessung - Google Patents
Einrichtung und Verfahren zur SchwingungsmessungInfo
- Publication number
- DE10111974A1 DE10111974A1 DE10111974A DE10111974A DE10111974A1 DE 10111974 A1 DE10111974 A1 DE 10111974A1 DE 10111974 A DE10111974 A DE 10111974A DE 10111974 A DE10111974 A DE 10111974A DE 10111974 A1 DE10111974 A1 DE 10111974A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- frequency
- beat
- laser
- waves
- measured object
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
Abstract
Um die Messung von Schwingungsbedingungen bei einem gemessenen Gegenstand mit hoher Genauigkeit unabhängig von einer Laserschwingungswellenlänge zu ermöglichen, weist eine Schwingungsmeßvorrichtung einen Laserresonator auf, in welchem ein Laserstrahl schwingt, und in welchem Schwebungswellen durch Eigenmischung eines rückkehrenden Strahls, der erhalten wird, wenn der schwingende, ausgesandte Strahl durch den gemessenen Gegenstand reflektiert wird, mit einem Strahl erzeugt werden, der schwingt und ausgesandt wird, wenn der rückkehrende Strahl empfangen wird, eine Steuerung zur Erzeugung einer modulierten Schwebungsfrequenz, um bei den Schwebungswellen eine modulierte Schwebungsfrequenz zu erzeugen, die höher als eine Dopplerfrequenz ist, welche dem rückkehrenden Strahl überlagert ist, und von der Geschwindigkeit des gemessenen Gegenstands abhängt, und einen Signalprozessor zur Durchführung einer Signalverarbeitung bei den Schwebungswellen, die durch die Eigenmischung in dem Laserresonator erzeugt werden, und zur Ausgabe eines Ergebnisses der Verarbeitung als Schwingungsinformation. Der Signalprozessor weist eine Schwingungsinformationserzeugungsvorrichtung zur Erzeugung von Schwingungsinformation aus den Schwebungswellen auf, durch Festlegung von Änderungen der Frequenz der Schwebungswellen als Änderungen der Frequenz gegenüber einer modulierten Schwebungsfrequenz im Ausmaß einer Dopplerfrequenz.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Einrichtung zur Schwingungsmessung, und insbesondere ein
derartiges Verfahren und eine derartige Einrichtung, die zur
Messung des Schwingungszustands eines Gegenstands unter
Verwendung eines Doppler-Schwingungsmeßgeräts mit
Eigenmischung dienen.
Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedenen Gebieten
eingesetzt werden, bei denen eine Schwingungsuntersuchung
vorgenommen werden kann. Spezielle Anwendungen umfassen die
Schwingungsuntersuchung von Maschinen, insbesondere
Brennkraftmaschinen, die Körperschall-
Schwingungsuntersuchung, die Untersuchung innerer Geräusche,
und die Schwingungsuntersuchung von Schalldämpfern. Auch in
anderen Herstellungsgebieten gibt es verschiedene
Anwendungszwecke. Daher kann die vorliegende Erfindung für
Wartungszwecke eingesetzt werden, beispielsweise die
Erfassung von Schwingungen in einer Fabrik, in der ein Motor
eingesetzt wird, oder für die Lecksuche bei Wasser- oder
Gasrohren. Darüber hinaus läßt sie sich auf dem Gebiet der
Landwirtschaft einsetzen, beispielsweise zur Feststellung des
Zuckergehaltes großer Früchte wie beispielsweise
Wassermelonen unter Nutzung der Klopfgeräusche.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Messung einer
Schwingungsfrequenz mit sehr geringer Amplitude,
beispielsweise 200 nm, oder von Änderungen der
Geschwindigkeit einer schwingenden Oberfläche, und kann daher
bei Untersuchungs- und Kalibriergeräten für Einrichtungen
eingesetzt werden, die Schwingungen erzeugen, oder bei
Geräten zur Erfassung anomaler Schwingungen für
Langzeituntersuchungen von Energieerzeugungseinrichtungen.
Derartige Untersuchungs- und Kalibriergeräte können
beispielsweise dazu eingesetzt werden, Quarz- oder
Ultraschalloszillatoren in Bezug auf deren Frequenz zu
untersuchen, oder um Funktionsgeneratoren zu kalibrieren.
Weiterhin können derartige Geräte zur Erfassung anomaler
Schwingungen dazu eingesetzt werden, Defekte in
Halbleiterherstellungseinrichtungen festzustellen, unter
Verwendung hochfrequenter Schwingungen, wobei sich diese
Defekte daraus ergeben, daß Schwingungsenergie nicht wirksam
mittels Resonanz weitergeleitet wird, oder es können
derartige Geräte zur Feststellung von Beschädigungen bei
Werkzeugen wie beispielsweise Bohrern verwendet werden.
Der nachstehend verwendete Begriff "gemessener Gegenstand"
betrifft daher einen Gegenstand, dessen Schwingungen gemessen
werden sollen, wobei dieser Gegenstand den Bereich von
Brennkraftmaschinen bis zu Werkzeugen umfaßt.
Herkömmliche Mittel zur Messung der Frequenz eines
schwingenden Gegenstands auf berührungslose Weise umfassen
ein Verfahren zur Frequenzbestimmung, bei dem beispielsweise
ein Laserverschiebungsmeßgerät eingesetzt wird, mit welchem
Triangulation durchgeführt wird. Weiterhin ist eine
Schwingungsmeßeinrichtung, die ein Doppler-
Schwingungsmeßgerät verwendet, und von der Anmelderin
erhältlich ist, in dem japanischen offengelegten Patent
Nr. 11-287699 beschrieben. Die in dieser Veröffentlichung
vorgeschlagene Vorgehensweise umfaßt die Feststellung von
Schwebungssignalen auf der Grundlage der Differenz zwischen
der Frequenz ausgesandten Lichtes und der Frequenz
zurückkehrenden Lichtes, mit überlagerter Dopplerfrequenz, in
Abhängigkeit von der Geschwindigkeit eines gemessenen
Gegenstands, und die Feststellung der Verschiebung des
gemessenen Gegenstands oder eine Änderung von dessen
Geschwindigkeit, auf der Grundlage der Schwebungen.
Bei der in dieser Veröffentlichung vorgeschlagenen
Vorgehensweise wird die Verschiebung auf der Grundlage der
Anzahl an Schwebungswellen gemessen, unter Ausnutzung der
Tatsache, daß jedesmal dann eine Schwebungswelle erzeugt
wird, wenn der gemessene Gegenstand um eine Länge λ/2
verschoben wird, welche der Hälfte der Schwingungswellenlänge
λ des Lasers entspricht. Eine Umkehrposition der
Ausbreitungsrichtung wird unter Nutzung der Tatsache
bestimmt, daß eine Schwebungswelle entsprechend der
Umkehrposition eine abweichende Signalform aufweist, und eine
große Wellenlänge hat, da der gemessene Gegenstand um eine
Länge verschoben ist, die kleiner ist als λ/2.
Allerdings hängt bei diesem Beispiel für den Stand der
Technik die Genauigkeit der Schwingungsmessungen von der
Schwingungswellenlänge eines Lasers ab, so daß es in
nachteiliger Art und Weise schwierig sein kann, in geeigneter
Weise eine Verschiebung zu messen, die kleiner als λ/2 ist,
oder Bedingungen geringer Hochfrequenzschwingungen mit einer
Schwingungswellenlänge von kleiner als λ/2. Darüber hinaus
sind verschiedene Signalverarbeitungsvorgänge dazu
erforderlich, die Umkehrposition zu bestimmen, was in
nachteiliger Weise zu einer enormen Anzahl an Vorgängen
führt, die durchgeführt werden müssen, wenn der gemessene
Gegenstand eine hohe Frequenz aufweist. Wenn der gemessene
Gegenstand Schwingungen erzeugt, die mehrere Schwingungen mit
komplizierter Zuordnung umfassen, statt nur einer einfachen
harmonischen Schwingung, kann es in nachteiliger Weise
schwierig sein, exakt die Schwingungsbedingungen zu
berechnen, in Abhängigkeit von der Vorgehensweise zur
Feststellung der Umkehrposition.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der
Ausschaltung der Nachteile beim herkömmlichen Stand der
Technik, so daß eine Einrichtung und ein Verfahren zur
Schwingungsmessung zur Verfügung gestellt werden, welche die
exakte Messung der Schwingungszustände eines gemessenen
Gegenstands gestatten, ohne Abhängigkeit von der
Schwingungswellenlänge eines Lasers.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Einrichtung einen
Laserresonator auf, in welchem ein Laserstrahl schwingt, und
der Schwebungswellen durch Eigenmischung mit einem
zurückkehrenden Strahl erzeugt, der erhalten wird, wenn der
schwingende, ausgesandte Strahl von dem gemessenen Gegenstand
reflektiert wird, und mit einem Strahl gemischt wird, der
schwingt und ausgesandt wird, wenn der zurückkehrende Strahl
empfangen wird, eine Steuerung zur Erzeugung einer
modulierten Schwebungsfrequenz, um die Schwebungswellen mit
einer modulierten Schwebungsfrequenz zu versehen, die höher
ist als die Dopplerfrequenz, die dem zurückkehrenden Strahl
überlagert ist, wobei sich diese in Abhängigkeit von der
Geschwindigkeit des gemessenen Gegenstands ändert, und einen
Signalprozessor zur Durchführung einer Signalverarbeitung mit
den Schwebungswellen, die durch die Eigenmischung in dem
Laserresonator erzeugt werden, und zur Ausgabe eines
Ergebnisses der Verarbeitung als Schwingungsinformation. Der
Signalprozessor weist einen Schwingungsinformationsgenerator
zur Erzeugung von Schwingungsinformation aus den
Schwebungswellen auf, durch Festlegung von Änderung der
Frequenz der Schwebungswellen als Änderungen einer
modulierten Schwebungsfrequenz entsprechend dem Ausmaß der
Dopplerfrequenz. Mit dieser Anordnung werden die voranstehend
geschilderten Vorteile erreicht.
In dem Laserresonator wird eine Eigenmischung des
zurückkehrenden Strahls, der durch Verschiebung des
ausgesandten Strahls um ein Ausmaß entsprechend der
Dopplerfrequenz in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des
gemessenen Gegenstands erhalten wird, mit dem Strahl
durchgeführt, der ausgesandt wird, wenn der zurückkehrende
Strahl empfangen wird, wodurch die Schwebungswellen erzeugt
werden. Zu diesem Zeitpunkt sorgt die Steuerung zur Erzeugung
einer modulierten Schwebungsfrequenz dafür, daß die
Schwebungswellen eine modulierte Schwebungsfrequenz
aufweisen, die höher ist als die Dopplerfrequenz, welche dem
zurückkehrenden Strahl überlagert ist, und sich in
Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des gemessenen
Gegenstands ändert. Die Steuerung zur Erzeugung der
modulierten Schwebungsfrequenz kann beispielsweise so
ausgebildet sein, daß sie für den Laserresonator einen
Lasertreiberstrom zur Verfügung gestellt, welcher die
Schwingungsfrequenz des Laserresonators ändert, oder so, daß
der Laserresonator körperlich mit konstanter Geschwindigkeit
verschoben wird, um als modulierte Schwebungsfrequenz eine
Dopplerfrequenz zu erzeugen, die nicht einer
Bewegungsgeschwindigkeit entspricht, die nicht von der
Geschwindigkeit des gemessenen Gegenstands abhängt.
Da die Steuerung zur Erzeugung der modulierten
Schwebungsfrequenz (oder Lasertreibersteuerung) für die
Bereitstellung der modulierten Schwebungsfrequenz für die
Schwebungswellen sorgt, die durch die Eigenmischung erhalten
werden, stellt die Frequenz der Schwebungswellen (die
Dopplerfrequenz oder die tatsächlich beobachtete Frequenz der
Schwebungswellen) die Summe der modulierten
Schwebungsfrequenz und der Dopplerfrequenz dar, die von der
Geschwindigkeit des gemessenen Gegenstands abhängt. Schwingt
der gemessene Gegenstand, so weist, da sich die
Dopplerfrequenz in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des
gemessenen Gegenstands ändert, eine Schwebungswelle
entsprechend einer Position, an welcher der gemessene
Gegenstand seine Bewegungsrichtung ändert, eine
Dopplerfrequenz von Null auf. Hierbei ist die Doppler-
Schwebungsfrequenz (beobachtete Frequenz) die modulierte
Schwebungsfrequenz, die von der Steuerung zur Erzeugung der
modulierten Schwebungsfrequenz erzeugt wird. Da die
beobachtete Frequenz der Schwebungswelle an der
Umkehrposition die modulierte Schwebungsfrequenz ist, weicht
die Schwebungswelle an der Umkehrposition nicht von der
richtigen Signalform ab.
Da der gemessene Gegenstand seine Bewegungsrichtung an der
Umkehrposition ändert und dann beschleunigt wird, ändert sich
die Dopplerfrequenz. Bei einer Sinusschwingung ist die
Geschwindigkeit im Zentrum der Position der Schwingung am
höchsten. Daher ändert sich die Doppler-Schwebungsfrequenz in
Bezug auf die modulierte Schwebungsfrequenz in Abhängigkeit
von Änderungen der Dopplerfrequenz. Daher lassen sich die
Schwebungswellen auch so ansehen, daß sie ein Signal
darstellen, das mit Hilfe einer Frequenzmodulation unter
Verwendung der Dopplerfrequenz erhalten wird, wobei das
Signal die modulierte Schwebungsfrequenz als Trägerfrequenz
verwendet. Kleine Änderungen der Dopplerfrequenz können durch
Erhöhung der modulierten Schwebungsfrequenz bestimmt werden,
die als die Trägerfrequenz eingesetzt wird dies bedeutet,
daß die Genauigkeit unabhängig von der Schwingungswellenlänge
des Laserresonators eingestellt wird. Wenn beispielsweise
Schwingungen eines gemessenen Gegenstands, der mit einer
bestimmten Frequenz schwingt, gemessen werden, und wenn die
modulierte Schwebungsfrequenz zehnmal so hoch ist wie die
Schwingungsfrequenz, werden zehn Perioden von
Schwebungswellen pro Periode des gemessenen Gegenstands
erhalten, was zu zehn Posten von Dopplerfrequenzinformation
führt.
Der Signalprozessor erzeugt Schwingungsinformation auf der
Grundlage der Schwebungswellen. Die Schwebungswellen selbst
sind nützlich als Schwingungsinformation, da sie ein Signal
mit einer Frequenz darstellen, die in Abhängigkeit von der
Geschwindigkeit des gemessenen Gegenstands moduliert wird.
Weiterhin ist eine Signalform, die durch eine
Frequenz-Spannungswandlung der Schwebungswellen erhalten
wird, eine Änderung der Signalform der Dopplerfrequenz in
Bezug auf die modulierte Schwebungsfrequenz, welche einer
Geschwindigkeitsänderungssignalform entspricht. Die
Geschwindigkeitsänderungssignalform kann differenziert
werden, um eine Beschleunigungsänderungssignalform zu
erhalten, oder integriert werden, um eine
Verschiebungsänderungssignalform zu erhalten, und die Periode
der Geschwindigkeitsänderungssignalform entspricht einer
Schwingungsperiode. Weiterhin wird die modulierte
Schwebungsfrequenz von der Doppler-Schwebungsfrequenz
subtrahiert, um die Dopplerfrequenz zu erhalten. Dann kann
die Geschwindigkeit aus der Dopplerfrequenz und der
Laseroszillatorwellenlänge bestimmt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 als Blockschaltbild den Aufbau einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung von Einzelheiten
des Aufbaus eines Lasers, der wie in Fig. 1
gezeigt aufgebaut ist;
Fig. 3 ein Flußdiagramm mit einem Beispiel für einen
Vorgang der Erzeugung von Schwingungsinformation
unter Verwendung der in Fig. 1 dargestellten
Anordnung;
Fig. 4 ein Signalformdiagramm, das zur Erläuterung des
Betriebsprinzips dieser Ausführungsform nützlich
ist, wobei Fig. 4(A) ein Beispiel für eine
Schwingungssignalform zeigt, Fig. 4(B) ein
Beispiel für eine
Dopplerfrequenzänderungssignalform
(Geschwindigkeitsänderungssignalform) zeigt, Fig.
4(C) eine Phasendifferenz zwischen einem
ausgesandten Strahl und einem zurückkehrenden
Strahl zeigt, Fig. 4(D) ein Beispiel für
Schwebungswellen zeigt, die eine modulierte
Schwebungsfrequenz entsprechend einer Differenz der
Laserstrahlfrequenz aufweisen, die durch die in
Fig. 4(C) gezeigte Phasendifferenz wird, und Fig.
4(E) die Frequenz von Schwebungswellen in einem
Fall erläutert, in welchem ein gemessener
Gegenstand ortsfest bleibt;
Fig. 5 eine Darstellung zur Erläuterung verschiedener
Frequenzen, die bei der in Fig. 1 gezeigten
Anordnung erhalten werden;
Fig. 6 eine Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels
für den Aufbau einer Einstelleinheit für eine
optische Weglänge gemäß dieser Ausführungsform,
wobei Fig. 6(A) ein Beispiel zeigt, in welchem
mehrere Spiegel als die Einstelleinheit für die
optische Weglänge verwendet werden, und Fig. 6(B)
ein Beispiel zeigt, bei dem ein Lichtleiter als die
Einstelleinheit für die optische Weglänge verwendet
wird;
Fig. 7 ein Signalformdiagramm mit einem Beispiel für eine
Schwingungsmessung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform, wobei Fig. 7(A) ein Beispiel für
eine Schwingungsverschiebungssignalform zeigt,
Fig. 7(B) ein Beispiel für die Signalform von
Schwebungswellen in diesem Fall zeigt, und Fig.
7(C) ein Beispiel für eine
Frequenzänderungssignalform
(Geschwindigkeitsänderungssignalform) zeigt, die
erhalten wird, wenn eine Frequenz-Spannungswandlung
(F/V-Wandlung) der Schwebungswellen durchgeführt
wird;
Fig. 8 ein schematisches Blockschaltbild eines Beispiels
für die Ausbildung der Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ein Signalformdiagramm eines Beispiels für eine
Treiberstromsignalform gemäß der ersten
Ausführungsform, wobei Fig. 9(A) ein Beispiel
zeigt, bei welchem ein Lasertreiberstrom dreieckige
Wellen aufweist, Fig. 9(B) ein Beispiel zeigt, in
welchem der Lasertreiberstrom Sägezahnwellen
aufweist, und Fig. 9(C) ein Beispiel zeigt, bei
welchem Dreieckswellen selektiv verarbeitet werden;
Fig. 10 ein Blockschaltbild eines Beispiels für den Aufbau
eines Schwingungsinformationsgenerators gemäß der
vorliegenden Ausführungsform;
Fig. 11 als Blockschaltbild ein Beispiel für den Aufbau
einer Entfernungsschaltung für eine frei wählbare
Signalform gemäß der vorliegenden Ausführungsform,
wobei Fig. 11(A) schematisch den Aufbau zeigt, und
Fig. 11(B) ein Beispiel für einen Aufbau zum
Entfernen von Dreieckswellenbestandteilen von
Schwebungswellen auf der Grundlage des
Lasertreiberstroms zeigt;
Fig. 12 ein Blockschaltbild eines weiteren Beispiels für
die Entfernungsschaltung für eine frei wählbare
Signalform gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
Fig. 13 ein Blockschaltbild eines Beispiels für den Aufbau
zum Erzeugen einer
Schwingungsgeschwindigkeitssignalform aus
Schwebungswellen gemäß dieser Ausführungsform,
wobei Fig. 13(A) ein Beispiel für eine Anordnung
zur Ausgabe von Änderungen der Doppler-
Schwebungsfrequenz als Änderungen der
Schwingungsgeschwindigkeit zeigt, und Fig. 13(B)
ein Beispiel für einen Aufbau zur Ausgabe von
Änderungen der Doppler-Schwebungsfrequenz als
Änderungen der Schwingungsgeschwindigkeit zeigt;
Fig. 14 ein Blockschaltbild eines Beispiels für den Aufbau
eines Signalprozessors gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 ein Signalformdiagramm, das zur Erläuterung eines
Vorgangs gemäß der zweiten Ausführungsform nützlich
ist, wobei Fig. 15(A) ein Beispiel zeigt, in
welchem die Periode von Schwebungswellen direkt
bestimmt wird, und Fig. 15(B) ein Beispiel zeigt,
in welchem die Periode differenzierter
Schwebungswellen bestimmt wird;
Fig. 16 ein Blockschaltbild eines Beispiels für den Aufbau
einer dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 17 ein Spektraldiagramm, welches ein Beispiel für das
Frequenzspektrum von Schwebungswellen zeigt, die
bei der dritten Ausführungsform verwendet werden;
Fig. 18 als Blockschaltbild ein Beispiel für den Aufbau
einer vierten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 19 ein Signalformdiagramm, das die Phasenbeziehung
zwischen zwei Lasertreiberströmen gemäß der vierten
Ausführungsform zeigt;
Fig. 20 als Blockschaltbild ein Beispiel für den Aufbau der
vierten Ausführungsform im einzelnen;
Fig. 21 als Blockschaltbild ein Beispiel für den Aufbau
einer fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung; und
Fig. 22 ein Signalformdiagramm, das ein Beispiel für
Schwebungswellen in einer stabilen Periode gemäß
der fünften Ausführungsform zeigt, wobei Fig.
22(A) Schwebungswellen in einem Fall zeigt, in
welchem der gemessene Gegenstand ortsfest bleibt,
und Fig. 22(B) ein Beispiel für Schwebungswellen
in einem Fall zeigt, in welchem der gemessene
Gegenstand schwingt.
Fig. 1 zeigt als Blockschaltbild den Aufbau einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine
Schwingungsmeßeinrichtung gemäß dieser Ausführungsform weist
eine Lasereinheit 12 auf, die mit einem Laserresonator
versehen ist, um einen Laserstrahl schwingen zu lassen, und
Schwebungswellen durch Eigenmischung eines zurückkehrenden
Strahls, der erhalten wird, wenn der ausgesandte Strahl durch
den gemessenen Gegenstand reflektiert wird, mit einem Strahl,
der schwingt und ausgesandt wird, wenn der zurückkehrende
Strahl empfangen wird, zu erzeugen. Die
Schwingungsmeßeinrichtung weist weiterhin eine Steuerung 8
zur Erzeugung einer modulierten Schwebungsfrequenz auf, um
bei den Schwebungswellen eine modulierte Schwebungsfrequenz
fb zu erzeugen, die höher ist als die Dopplerfrequenz, welche
dem zurückkehrenden Strahl überlagert ist, und sich in
Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des gemessenen
Gegenstands ändert, sowie einen Signalprozessor 21 zur
Durchführung einer Signalverarbeitung bei den
Schwebungswellen, die durch die Eigenmischung in dem
Laserresonator erzeugt werden, und zur Ausgabe eines
Ergebnisses der Verarbeitung als Schwingungsinformation. Der
Signalprozessor 21 weist einen
Schwingungsinformationsgenerator 22 zur Erzeugung von
Schwingungsinformation aus den Schwebungswellen auf, durch
Festlegung von Änderungen der Frequenz der Schwebungswellen
(Änderungen der Doppler-Schwebungsfrequenz fdb) als
Änderungen einer modulierten Schwebungsfrequenz fb um das
Ausmaß der Dopplerfrequenz Δfd.
Weiterhin weist bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel die
Steuerung 8 zur Erzeugung einer modulierten
Schwebungsfrequenz eine Lasertreibersteuerung 24 zum Steuern
des Betriebs des Laserresonators in der Lasereinheit 12 unter
Verwendung eines Lasertreiberstroms mit vorbestimmter
Signalform und Periode auf. Die Lasertreibersteuerung 24
weist vorzugsweise eine Sägezahnwellenerzeugungsfunktion 26
auf, um einen Lasertreiberstrom (vgl. Figur (B)) zu erzeugen,
der eine Periode aufweist, die von einer optischen Weglänge L
zu dem gemessenen Gegenstand 10 abhängt, und von der
Maximalfrequenz der gemessenen Schwingung, und sägezahnförmig
ist. Alternativ kann eine Dreieckswellenerzeugungsfunktion 28
zur Erzeugung eines Lasertreiberstroms (sh. Fig. 9(A))
vorgesehen werden, der aus Dreieckswellen anstatt aus
Sägezahnwellen aufgebaut ist.
Fig. 2 ist nützlich zur Erläuterung des Aufbaus der
Schwingungsmeßeinrichtung, wobei hauptsächlich Einzelheiten
des Aufbaus der in Fig. 1 dargestellten Lasereinheit 12
dargestellt sind. Ein gemessener Gegenstand 10 stellt einen
Gegenstand dar, der in Bezug auf Schwingungszustände
untersucht werden soll, und in Bezug auf Änderungen der
Geschwindigkeit an einer Position gemessen wird, an welcher
ein Laserstrahl reflektiert wird, in Bezug auf die Periode
der Änderungen, die Schwingungsfrequenz, und die
Verschiebung. Die Schwingungsmeßeinrichtung weist eine
Lasereinheit 12 auf, eine Linse 16 zum Sammeln eines von der
Lasereinheit 12 ausgesandten Strahls und eines
zurückkehrenden Strahls, der von dem gemessenen Gegenstand
zurückgestreut wird, einen Signalprozessor 21, welchem
Schwebungswellen zugeführt werden, wobei die Schwebungswellen
erzeugt werden, wenn eine Eigenmischung des von der
Lasereinheit 12 empfangenen, zurückkehrenden Strahls und des
ausgesandten Strahls auftritt.
Die Lasereinheit 12 weist eine Diode (LD) 14 auf, die mit
einem Laserresonator versehen ist, und eine Photodiode (PD)
20 zur photoelektrischen Umwandlung von Schwebungswellen, die
von dem Laserresonator in der Laserdiode ausgegeben werden.
Der Signalprozessor 21 ist mit einer Hardwareeinrichtung wie
beispielsweise einem Personalcomputer, einem Mikrocomputer,
oder etwa einer Analogschaltung versehen, um eine
Signalverarbeitung von Schwebungswellen durchzuführen.
Fig. 3 ist ein Flußdiagramm, welches ein Beispiel zeigt, bei
welchem die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Anordnung zur
Erzeugung von Schwingungsinformation verwendet wird. Bei dem
in Fig. 3 dargestellten Beispiel werden die Signalform und
Periode eines Treiberstroms für den Laserresonator auf der
Grundlage einer vorbestimmten
Sollmodulationsschwebungsfrequenz fdobj eingestellt (Schritt
S1, Treiberstromsignalform-Einstellungsschritt). Alternativ
kann die Entfernung (optische Weglänge L) zwischen der
Lasereinheit 12 und dem gemessenen Gegenstand zusammen mit
der Treiberstromsignalform eingestellt werden. Die
Sollmodulationsschwebungsfrequenz fbobj wird vorzugsweise in
Abhängigkeit von der zu messenden Maximalfrequenz innerhalb
einer einzelnen Schwingungsperiode des gemessenen Gegenstands
eingestellt, oder in Abhängigkeit von mehreren überlagerten
Schwingungsperioden. Wenn der gemessene Gegenstand eine
Schwingungsfrequenz von 100 kHz aufweist, und wenn die
Sollmodulationsschwingungsfrequenz fbobj 800 kHz beträgt, dann
erhält man acht Perioden von Schwebungswellen pro
Schwingungsperiode des gemessenen Gegenstands. Wenn der
gemessene Gegenstand eine niedrige Schwingungsfrequenz und
eine hohe Amplitude aufweist, verglichen mit der
Laserschwingungswellenlänge, dann führt die herkömmliche
Vorgehensweise zu einer großen Anzahl an Schwebungswellen
jedesmal dann, wenn sich der gemessene Gegenstand hin- und
herbewegt. Im Gegensatz hierzu kann die vorliegende
Ausführungsform die Genauigkeit der Messungen dadurch ändern,
daß sie die Sollmodulationsschwingungsfrequenz fbobj ändert.
Daher können Belastungen in Bezug auf die Signalverarbeitung
verringert werden, während die erforderliche Genauigkeit
beibehalten wird. Wenn die Sollmodulationsschwingungsfrequenz
fbobj hoch eingestellt wird, können darüber hinaus die
Schwingungsbedingungen gut gemessen werden, selbst wenn die
Änderung eine Verschiebung aufweist, die kleiner ist als die
Hälfte der herkömmlichen Laserschwingungswellenlänge (λ/2).
Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform die
Sollmodulationsschwingungsfrequenz fbobj in Abhängigkeit von
der Obergrenze der zu messenden Frequenz und der Anzahl an
Schwebungswellen (Dopplerfrequenzwert) eingestellt, die
innerhalb einer Periode des gemessenen Gegenstands erhalten
werden sollen. Sobald die Sollmodulationsschwingungsfrequenz
fbobj eingestellt wurde, kann dann, wenn die optische Weglänge
L zu dem gemessenen Objekt festgelegt ist, eine tatsächliche
modulierte Schwebungsfrequenz fb dadurch geändert werden, daß
die Änderungsrate (df/dt) des Lasertreiberstroms eingestellt
wird. Wenn daher die optische Weglänge L eingestellt wurde,
und eine bestimmte Sollmodulationsschwingungsfrequenz fbobj
vorgegeben ist, kann dann die Periode (Neigung) des
Lasertreiberstroms variiert werden.
Wenn die Treiberstromsignalform im Schritt S1 eingestellt
wurde, wird ein Laserstrahl ausgesandt (Schritt S2,
Laserstrahlaussendeschritt). Dann wird ein zurückkehrender
Strahl nach der Hin- und Herbewegungszeit τ eines
ausgesandten Strahls empfangen (Schritt S3,
Rückkehrstrahlempfangsschritt). In dem
Rückkehrstrahlempfangsschritt S3 wird daher ein Teil des
zurückkehrenden Strahls empfangen, der durch den Abschnitt 10
des gemessenen Gegenstands gestreut und reflektiert wurde,
nachdem er in dem Laserstrahlaussendeschritt S2 ausgesandt
wurde, und sich über die vorbestimmte optische Weglänge L
ausgebreitet hat.
Daraufhin werden Schwingungswellen detektiert, die eine
Doppler-Schwebungsfrequenz (fdb) aufweisen, welche der Summe
der Differenz der Frequenz (modulierte Schwebungsfrequenz:
fb) zwischen dem zurückkehrenden Strahl, der in dem
Rückkehrstrahlempfangsschritt S3 empfangen wird, und einem
Strahl, der ausgesandt wird, wenn der zurückkehrende Strahl
empfangen wird, und einer Dopplerfrequenz (Δfd), die von der
Bewegungsgeschwindigkeit des gemessenen Gegenstands abhängt
(Schritt S4, Schwebungswellendetektorschritt) entspricht. Die
Doppler-Schwebungsfrequenz (fdb) ist die beobachtete Frequenz
der Schwebungswellen, die tatsächlich in dem
Schwebungswellendetektorschritt S4 beobachtet wird, und es
gilt = |± Δfd + fd|.
Daraufhin wird Schwingungsinformation auf der Grundlage der
Schwebungswellen erzeugt, welche die
Doppler-Schwebungsfrequenz fdb aufweisen (Schritt S5,
Schwingungsinformationserzeugungsschritt). Dies wird
nachstehend im einzelnen erläutert.
Ausdrücke, die zur Erläuterung des Betriebsprinzips der
vorliegenden Ausführungsform nützlich sind, sind nachstehend
angegeben.
[Δfd: Dopplerfrequenz
V: Bewegungsgeschwindigkeit des gemessenen Gegenstands
λ: Laserschwingungswellenlänge]
[X: Bewegung; ν: Nummer der Doppler-Schwebungswelle]
[C: Lichtgeschwindigkeit
df/dt: Strahlfrequenzänderungsrate in der Periode ohne Modenänderung
L: Länge zum gemessenen Gegenstand
f: Laserschwingungsfrequenz]
[τ: Hin- und Rücklaufzeit des ausgesandten Strahls
fb: Modulierte Schwebungsfrequenz]
[fdb: Doppler-Schwebungsfrequenz]
[Δfd: Dopplerfrequenz
V: Bewegungsgeschwindigkeit des gemessenen Gegenstands
λ: Laserschwingungswellenlänge]
[X: Bewegung; ν: Nummer der Doppler-Schwebungswelle]
[C: Lichtgeschwindigkeit
df/dt: Strahlfrequenzänderungsrate in der Periode ohne Modenänderung
L: Länge zum gemessenen Gegenstand
f: Laserschwingungsfrequenz]
[τ: Hin- und Rücklaufzeit des ausgesandten Strahls
fb: Modulierte Schwebungsfrequenz]
[fdb: Doppler-Schwebungsfrequenz]
Die Beziehung zwischen der Dopplerfrequenz Δfd und der
Geschwindigkeit V einer schwingenden Oberfläche des
gemessenen Gegenstands wird durch Gleichung (1) ausgedrückt,
wobei die Laserschwingungswellenlänge mit λ bezeichnet ist.
Das Bezugszeichen Δfd bezeichnet die Dopplerfrequenz, also
die Differenz zwischen der Frequenz f des ausgesandten
Strahls und der Frequenz fd des zurückkehrenden Strahls,
moduliert infolge des Dopplereffekts. Wenn der gemessene
Gegenstand mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, der konstant
mit konstantem Treiberstrom schwingt, um Schwebungswellen auf
der Grundlage des Eigenmischungsverfahrens zu erzeugen, ist
die Frequenz der beobachteten Schwingungswellen gleich der
Dopplerfrequenz Δfd. Durch Integration von Gleichung (1) kann
die Beziehung zwischen der Nummer ν an Schwebungswellen und
der Verschiebung durch Gleichung (2) ausgedrückt werden.
Herkömmlich wird die Verschiebung der schwingenden Oberfläche
unter Verwendung der Hälfte der Länge der
Schwingungswellenlänge (λ/2) als Minimalverschiebung
berechnet, wobei die Anzahl der Schwebungswellen im Verlauf
der Zeit gezählt wird. Da die Frequenz der Schwebungswellen
gleich der Dopplerfrequenz Δfd ist, ermöglicht die Bestimmung
der beobachteten Frequenz der Schwebungswellen die Berechnung
der Schwingungsgeschwindigkeit V auf der Grundlage von
Gleichung (3).
Eine niedrige Schwingungsfrequenz des gemessenen Gegenstands
führt zu einer großen Schwingungsamplitude und einer großen
Anzahl an Schwebungswellen, die jedesmal dann erzeugt werden,
wenn sich die schwingende Oberfläche hin- und herbewegt. Bei
höherer Frequenz nimmt jedoch die Schwingungsamplitude ab, so
daß häufig weniger als eine Schwebungswelle beobachtet wird,
wenn sich die schwingende Oberfläche bewegt. In diesem Fall
ist es daher schwierig, die Schwingungsverschiebung durch
Zählen der Anzahl an Schwebungswellen zu berechnen. Darüber
hinaus kann die Schwingungsverschiebung nicht einfach mit
einer Genauigkeit von weniger als λ/2 gemessen werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die
Schwebungswellen unter Verwendung einer vorbestimmte
Bezugsgröße erzeugt, und wird die Dopplerfrequenz Δfd der
modulierten Schwebungsfrequenz fb überlagert, welche diese
Bezugsgröße bildet, um die Auflösung von der
Schwingungswellenlänge auf eine Auflösung bei der modulierten
Schwebungsfrequenz fb zu ändern, welche die Bezugsgröße
bildet. Hierdurch wird die Meßgenauigkeit verbessert, im
Vergleich zu Messungen, die auf der Schwingungswellenlänge
beruhen. Daher kann bei dieser Ausführungsform eine
Verschiebung von weniger als λ/2 berechnet werden, und können
die Schwingungsbedingungen des gemessenen Gegenstands
gemessen werden, der eine hohe Frequenz und eine kleine
Amplitude aufweist.
Um die modulierte Schwebungsfrequenz fb zu erzeugen, welche
die Bezugsgröße bildet, werden die Frequenz des ausgesandten
Strahls und die Frequenz des zurückkehrenden Strahls so
gewählt, daß sie voneinander verschieden sind. Wenn
beispielsweise der Resonator 14 mit konstanter
Geschwindigkeit bewegt wird, wird eine Dopplerfrequenz
erzeugt, die sich von der Dopplerfrequenz des gemessenen
Gegenstands unterscheidet, und die von der Geschwindigkeit
des Resonators 14 abhängt. Da die Schwingungswellenlänge des
Laserresonators durch Erhöhung des Treiberstroms variiert
wird, kann darüber hinaus die modulierte Schwebungsfrequenz
fb durch Variation des Lasertreiberstroms erzeugt werden. Die
modulierte Schwebungsfrequenz fb ist konstant, wenn der
Treiberstrom mit konstanter Rate zunimmt. Wenn der Resonator
bewegt wird, ist die modulierte Schwebungsfrequenz fb
konstant, wenn die Geschwindigkeit des Resonators konstant
ist. Wenn die modulierte Schwebungsfrequenz fb geändert
werden soll, können sich zeitlich ändernde Komponenten der
modulierten Schwebungsfrequenz von der gemessenen
Doppler-Schwebungsfrequenz fdb entfernt werden, während die
Bedingung erfüllt wird, daß die modulierte Schwebungsfrequenz
ausreichend höher ist als die Dopplerfrequenz.
Der Halbleiterlaserresonator 14 zeichnet sich dadurch aus,
daß sich die Laserwellenlänge in Abhängigkeit von der Stärke
des Treiberstroms ändert. Dies liegt daran, daß die
Temperatur ansteigt, und sich daher die
Schwingungswellenlänge in dem Laserresonator ändert, wenn die
Stärke des in eine Aktivierungsschicht des Laserresonators
injizierten Stroms zunimmt. Daher wird die Laserwellenlänge
aufeinanderfolgend geändert, wenn der Treiberstrom für den
Halbleiterlaser mit konstanter Rate geändert wird, nachdem
der zurückkehrende Strahl von einer Oberfläche des gemessenen
Gegenstands 10 zu dem Laserresonator zurückkehrt ist, so daß
ein externer Resonator gebildet wird.
Wenn die Laserschwingungswellenlänge mit konstanter Rate
geändert wird, und der von der Oberfläche des gemessenen
Gegenstands 10 gestreute und reflektierte Strahl zum
Resonator 14 zurückkehrt ist, wo er mit dem Strahl gemischt
wird, der ausgesandt wird, wenn der zurückkehrende Strahl
empfangen wird, werden dann die Schwebungswellen fb erzeugt,
während der gemessene Gegenstand ortsfest bleibt.
Wenn die Frequenz des ausgesandten Strahls mit f bezeichnet
wird, die Rate, mit der die Strahlfrequenz durch Änderung des
Lasertreiberstrom geändert wird, mit df/dt bezeichnet wird,
die Entfernung (Länge des externen Resonators) zu dem
gemessenen Gegenstand mit L bezeichnet wird, und die
Geschwindigkeit des Laserstrahls in einer Meßumgebung mit C
bezeichnet wird, so wird die modulierte Schwebungsfrequenz
fb, die man erhält, wenn der gemessene Gegenstand ortsfest
bleibt, durch Gleichung (4) gegeben. Wenn beide Seiten der
Gleichung für die Beziehung zwischen der Frequenz f und der
Wellenlänge λ des ausgesandten Strahls differenziert werden,
und die Strahlfrequenzänderungsrate df/dt durch die
Frequenzänderungsrate ausgedrückt wird, erhält man Gleichung
(5). Wird Gleichung (4) durch Gleichung (5) ersetzt, so
erhält man Gleichung (6). Die Hin- und Herlaufzeit τ = (2L/C)
für den ausgesandten Strahl, und die
Wellenlängenänderungsrate, können durch die Differenz
zwischen der Wellenlänge λ1 des ausgesandten Laserstrahls und
der Wellenlänge λ2 jenes Strahls ausgedrückt werden, der
ausgesandt wird, wenn der zurückkehrende Strahl empfangen
wird, woraus man Gleichung (7) erhält.
Es wird daher angenommen, daß ein Laserstrahl, der von dem
Laserresonator ausgesandt wird, der mit der Wellenlänge λ1 zu
einer frei wählbaren Zeit t1 schwingt, durch die Oberfläche
des gemessenen Gegenstands reflektiert und gestreut wird,
wobei der gemessene Gegenstand von dem Laserresonator durch
eine Entfernung L getrennt ist, und dann zum Resonator zu
einem Zeitpunkt t2 zurückkehrt. Wenn der Laserstrahlstrom mit
konstanter Rate variiert wird, schwingt der Laser mit der
Wellenlänge λ2 zum Zeitpunkt t2. In dem Resonator erfahren
der Laserstrahl, der mit der Wellenlänge λ2 schwingt, und der
zurückgekehrte Laserstrahl mit der Wellenlänge λ1 eine
Eigenmischung. Wenn die Photodiode dann einen Strahl von dem
Resonator empfängt, werden Schwebungswellen, die von der
Differenz der Wellenlängen infolge einer Interferenz zwischen
den Wellenlängen λ1 und λ2 abhängen, als Änderung der
Lichtintensität detektiert. Auf diese Weise können die
modulierte Schwebungsfrequenz fb, die durch die Anstiegsrate
des Lasertreiberstroms eingestellt wird, die
Strahlfrequenzänderungsrate df/dt, und die Hin- und
Herlaufzeit τ für den ausgesandten Strahl (oder die
Entfernung L zu dem gemessenen Gegenstand und die
Geschwindigkeit C des Laserstrahls) erzeugt werden, während
der gemessene Gegenstand ortsfest bleibt (beispielsweise,
wenn die Bewegungsrichtung der Schwingung umgekehrt wird).
Die Entfernung L zu dem gemessenen Gegenstand ändert sich in
Abhängigkeit von der Bewegung der schwingenden Oberfläche.
Wenn jedoch die Entfernung Lext (Länge des externen
Resonators) zu dem gemessenen Gegenstand, der beöbachtet
wird, wenn der gemessene Gegenstand ortsfest bleibt, etwa
150 mm beträgt, und eine Schwingungsverschiebung Xm gleich
1 µm ist, dann gilt Xm « Lext und daher L ≦ Lext. Die
Auswirkungen der Änderung der Entfernung L auf das Ausmaß der
Änderung müssen daher nicht berücksichtigt werden.
Wenn die Schwebungswellen die modulierte Schwebungsfrequenz
fb aufweisen, während der gemessene Gegenstand ortsfest
bleibt, so weist dann, wenn die Oberfläche des gemessenen
Gegenstands eine Geschwindigkeit aufweist, die beobachtete
Frequenz (Doppler-Schwebungsfrequenz) fdb der
Schwebungswellen die Summe der beobachteten
Schwebungsfrequenz fb und der Dopplerfrequenz Δfd (Gleichung
(8)) auf. Wenn der gemessene Gegenstand ortsfest ist, ist die
Dopplerfrequenz Δfd gleich Null, und daher ist die
Doppler-Schwebungsfrequenz fdb = fb. Wie in Figur (8) gezeigt
ist, ist dann, wenn die modulierte Schwebungsfrequenz fd
ausreichend hoch ist, ihre Doppler-Schwebungsfrequenz fd
gleich der modulierten Schwebungsfrequenz fb, verschoben um
das Ausmaß der Dopplerfrequenz Δfd.
Bei einer konstanten modulierten Schwebungsfrequenz fb
repräsentieren Variationen der Doppler-Schwebungsfrequenz fdb
der Schwebungswellen, die von der Photodiode 20 detektiert
werden, Variationen der Geschwindigkeit des gemessenen
Gegenstands 10. Wenn beispielsweise der gemessene Gegenstand
10 mit einfachen harmonischen Schwingungen schwingt, so
entspricht die Schwingungsperiode der Periode der
Doppler-Schwebungsfrequenz fdb. Dann kann die Komponente der
modulierten Schwebungsfrequenz fb von der
Doppler-Schwebungsfrequenz fdb subtrahiert werden, um die
Dopplerfrequenz db zu erhalten; in diesem Falle muß das
Vorzeichen der sich ergebenden Frequenz beachtet werden.
Daher kann die Schwingungsgeschwindigkeit berechnet werden,
und kann die Verschiebung berechnet werden, nämlich durch
zeitliche Integration der Schwingungsgeschwindigkeit.
Das Prinzip dieser Operation wird erneut unter Bezugnahme auf
Signalformen erläutert. Fig. 4(A) ist ein
Signalformdiagramm, welches ein Beispiel für eine
Schwingungsverschiebungssignalform zeigt. In diesem Fall
nimmt die Schwingungsverschiebung zum Resonator 14 hin zu.
Wenn der gemessene Gegenstand 10 mit einer Frequenz ft
schwingt, ändert der Dopplereffekt, der aufgrund der Bewegung
des Gegenstands auftritt, die Frequenz des reflektierten
Strahls, und da der ausgesandte Strahl und der zurückkehrende
Strahl miteinander gemischt werden, werden Schwebungswellen
mit der Dopplerfrequenz Δfd erzeugt, wie dies in Fig. 4
gezeigt ist. Bei den in Fig. 4(A) gezeigten Schwingungen
entspricht ein Maximalwert Δfdmax der Dopplerfrequenz einer
maximalen Geschwindigkeit, die in der Nähe des Zentrums der
Amplitude der Schwingung des gemessenen Gegenstands
beobachtet wird, wenn sich letzteres annähert, wogegen ein
Minimalwert Δfdmin der Dopplerfrequenz einer
Maximalgeschwindigkeit entspricht, die beobachtet wird, wenn
sich der gemessene Gegenstand wegbewegt. Wie in Fig. 4(B)
gezeigt ist, ist die Änderungssignalform der Dopplerfrequenz
das Differential der Schwingungsverschiebungssignalform, die
eine Schwingungsänderungssignalform ist. Die Multiplikation
der Dopplerfrequenz mit der Wellenlänge des ausgesandten
Strahls hat nämlich die Dimension einer Geschwindigkeit.
Die Fig. 4(C) bis (E) sind Signalformdiagramme, die
nützlich zur Erläuterung sind, wie die modulierte
Schwebungsfrequenz fb erzeugt wird. In diesem Fall wird von
dem gemessenen Gegenstand angenommen, daß er ortsfest ist.
Die Signalform, die mit dem Bezugszeichen 32 in Fig. 4(C)
bezeichnet ist, repräsentiert Variationen der Wellenlänge des
ausgesandten Strahls (Variationen der Frequenz), und die
Signalform, die mit dem Bezugszeichen 33 bezeichnet ist,
repräsentiert Variationen der Signalform (oder Variationen
der Frequenz) des zurückkehrenden Strahls, die nach der Hin-
und Herlaufzeit τ des ausgesandten Strahls beobachtet werden.
Der ausgesandte Strahl 32, der mit der Wellenlänge λ1 zum
Zeitpunkt t1 ausgesandt wird, kehrt zu dem Resonator um die
Hin- und Herbewegungszeit τ des ausgesandten Strahls später
zurück, also zum Zeitpunkt t2. Zu diesem Zeitpunkt weist der
ausgesandte Strahl 32 die Wellenlänge λ2 auf. Dann werden
Schwebungswellen mit der modulierten Frequenz fb, wie dies
mit dem Bezugszeichen 34 in Fig. 4(D) angedeutet ist, in
Abhängigkeit von der Differenz der Wellenlängen oder
Frequenzen erzeugt. Wenn die Wellenlängenänderungsrate
konstant ist, ist auch die modulierte Schwebungsfrequenz fb
konstant, wie dies mit dem Bezugszeichen 35 in Fig. 4(E)
angedeutet ist.
Wie aus Fig. 4(C) hervorgeht, kehrt sich die Beziehung
zwischen der Frequenz des ausgesandten Strahls und der
Frequenz des zurückkehrenden Strahls beim Spitzenwert und
Minimalwert des Lasertreiberstroms um. Nach dem Spitzenwert
des Lasertreiberstroms ist keine Differenz zwischen den
Frequenzen des ausgesandten und des zurückkehrenden Strahls
vorhanden, und wird die modulierte Schwebungsfrequenz gleich
Null oder kehrt sich um, ist also nicht konstant. Perioden,
in denen die modulierte Schwebungsfrequenz nicht konstant
ist, werden hier als nicht konstante Perioden 37 bezeichnet.
Die Signalverarbeitung wird durch Verwendung der
Schwebungswellen in Perioden 36 erleichtert, in denen die
modulierte Schwebungsfrequenz konstant ist, und die von den
nicht konstanten Perioden 37 getrennt sind, wie dies in Fig.
4 (C) gezeigt ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird ein Vorgang beschrieben,
durch welchen Schwebungswellen erzeugt werden, durch
gegenseitige Überlagerung einer Dopplerfrequenzkomponente und
einer Komponenten der modulierten Schwebungsfrequenz. Fig. 5
ist nützlich zur qualitativen Erläuterung der Beziehung
zwischen den Frequenzen, zeigt jedoch nicht genau die
quantitativen Beziehungen zwischen den Frequenzen. Aus dieser
Figur geht hervor, daß sich der gemessene Gegenstand
wegbewegt, daß die Dopplerfrequenz Δfd ein negatives
Vorzeichen hat, und daß gilt: f1 < fd sowie fdb < fb. Der
ausgesandte Strahl 32 mit der Frequenz f1 wird von der
Lasereinheit 12 zum Zeitpunkt t1 ausgesandt. Wenn der Strahl
durch den gemessenen Gegenstand 10 reflektiert wird, der die
Geschwindigkeit V aufweist, ändert der Dopplerfrequenz die
Frequenz f1 des ausgesandten Strahls zur Frequenz fd des
zurückkehrenden Strahls. Die Differenz zwischen den
Frequenzen f1 und fd entspricht der Dopplerfrequenz Δfd, die
positiv ist, wenn die Geschwindigkeit (Bewegungsrichtung) des
gemessenen Gegenstands zu dem Resonator hingeht. Wenn eine
Frequenzanalyse unter Idealbedingungen durchgeführt wird, ist
die Frequenz f1 des ausgesandten Strahls um das Ausmaß der
Frequenz Δfd verschoben, was zu der Frequenz fd des
zurückkehrenden Lichtes führt.
Da der Lasertreiberstrom geändert wird, ändert sich die
Frequenz des ausgesandten Strahls auf f2 zum Zeitpunkt t2.
Die Differenz zwischen der Frequenz f1 des ausgesandten
Strahls und der Frequenz f2 des Strahls, der ausgesandt wird,
wenn der zurückkehrende Strahl empfangen wird, entspricht der
modulierten Schwebungsfrequenz fb, die durch die Gleichungen
(4), (7) oder dergleichen definiert wird.
Die beiden Wellen, die miteinander innerhalb des Resonators
14 gemischt werden, sind der zurückkehrende Strahl mit der
Frequenz fd und der ausgesandte Strahl mit der Frequenz f2,
wenn der zurückkehrende Strahl empfangen wird. Die Differenz
zwischen den Frequenzen f2 und fd entspricht der
Doppler-Schwebungsfrequenz fdb, da die Frequenz f1 des
ausgesandten Strahls herausfällt. Die beobachtete Frequenz
der Schwebungswellen infolge der Eigenmischung entspricht
daher der Summe der modulierten Schwebungsfrequenz fb und der
Dopplerfrequenz Δfd. Das Vorzeichen der modulierten
Schwebungsfrequenz fb hängt davon ab, ob der
Lasertreiberstrom ansteigt oder absinkt. Die Laserwellenlänge
nimmt kontinuierlich entsprechend dem Lasertreiberstrom zu.
Wenn eine positive Frequenz durch eine Strommodulation
erzeugt wird, während der Treiberstrom ansteigt, entspricht
der Absolutwert der Differenz zwischen der modulierten
Schwebungsfrequenz fb und der beobachteten
Doppler-Schwebungsfrequenz fdb der Schwebungswellen der Größe
der Dopplerfrequenz, und auf dieser Grundlage kann die
Bewegungsgeschwindigkeit des gemessenen Gegenstands berechnet
werden.
Wenn die Schwingungsperiode oder Schwingungsgeschwindigkeit
wichtiger ist als die Schwingungsrichtung, kann die
Doppler-Schwebungsfrequenzvariationssignalform als die
Geschwindigkeitsvariationsform verwendet werden, unabhängig
von der Bewegungsrichtung der schwingenden Oberfläche des
gemessenen Gegenstands.
Durch Erzeugung der Schwebungswellen mit der
Doppler-Schwebungsfrequenz fdb durch Verschiebung der
modulierten Schwebungsfrequenz um das Ausmaß der
Dopplerfrequenz, anstatt die Dopplerfrequenz Δfd als die
Schwebungswellen zu verwenden, stellt die vorliegende
Erfindung die Dopplerfrequenz Δfd erheblich exakter zur
Verfügung als dies beim Stand der Technik der Fall ist,
wodurch eine genaue Messung der Schwingungsgeschwindigkeit
oder Schwingungsperiode ermöglicht wird. Wenn die modulierte
Schwebungsfrequenz fb als Trägerfrequenz der Dopplerfrequenz
Δfd angesehen wird, und die modulierte Schwebungsfrequenz fb
in Abhängigkeit von der Schwingungsperiode des gemessenen
Gegenstands eingestellt wird, in Abhängigkeit von einer
Obergrenze der zu messenden Frequenz, und dergleichen, kann
die Anzahl detektierter Schwebungswellen in Abhängigkeit von
der Leistung des Signalprozessors 21 eingestellt werden, was
eine frei wählbare Auswahl der Meßgenauigkeit und der
Datenmenge ermöglicht, die für die Messung erforderlich ist.
Fig. 6 ist nützlich zur Erläuterung eines Beispiels für den
Aufbau einer Einstelleinheit für die optische Weglänge gemäß
der vorliegenden Ausführungsform. Fig. 6(A) zeigt, daß
mehrere Spiegel als Einstelleinheit für die optische Weglänge
verwendet werden, und Fig. 6(B) zeigt ein Beispiel, bei
welchem ein Lichtleiter als die Einstelleinheit für die
optische Weglänge verwendet wird. Wie in Figur (4) gezeigt
ist, hängt die modulierte Schwebungsfrequenz fb von der
optischen Weglänge L ab. Andererseits kann es erforderlich
sein, da die modulierte Schwebungsfrequenz fb, die sich
infolge der Modulation des Treiberstroms ergibt, ausreichend
höher eingestellt sein muß als die Dopplerfrequenz Δfd, daß
die optische Weglänge L vergrößert wird. Falls keine
Entfernung zum gemessenen Gegenstand vorhanden ist, kann die
optische Weglänge L unter Verwendung des Spiegels 60
eingestellt werden, wie dies in Fig. 6(A) gezeigt ist.
Alternativ kann, wie in Fig. 6(B) gezeigt, der gemessene
Gegenstand mit dem ausgesandten Strahl über den Lichtleiter
61 bestrahlt werden, so daß das zurückkehrende Licht von dem
gemessenen Gegenstand 10 zu dem Laserresonator geführt werden
kann.
Fig. 7 ist ein Signalformdiagramm, welches ein Beispiel für
eine Schwingungsmessung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform zeigt. Fig. 7(A) ist ein Diagramm, das ein
Beispiel für eine Schwingungsverschiebungssignalform zeigt,
und Fig. 7(B) ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die
Signalformen Schwebungswellen in diesem Fall zeigt. Bei dem
in Fig. 7(A) gezeigten Beispiel nimmt die Verschiebung zum
Resonator hin zu. Bei der Position, die mit dem Bezugszeichen
3c bezeichnet ist, bewegt sich daher der gemessene Gegenstand
weg, und ist die Dopplerfrequenz Δfd negativ, und wenn daher
die modulierte Schwebungsfrequenz fb positiv ist, und die
Differenz zwischen diesen beiden Frequenzen bestimmt wird,
weist die sich ergebende Doppler-Schwebungsfrequenz fdb einen
verringerten Wert auf, und ist daher die Periode länger. Wenn
die modulierte Schwebungsfrequenz fb negativ ist, wird die
Beziehung zwischen der Bewegungsrichtung der schwingenden
Oberfläche und der Periode der Schwebungswellen umgekehrt.
Bei der Position, die mit dem Bezugszeichen 3b bezeichnet
ist, kehrt der gemessene Gegenstand seine Bewegungsrichtung
um, so daß die Geschwindigkeit gleich Null wird. Zu diesem
Zeitpunkt ist die gemessene Doppler-Schwebungsfrequenz fdb
gleich der modulierten Schwebungsfrequenz fb, die durch
Modulation des Lasertreiberstroms erzeugt wird. Da die
Schwebungswelle ihre richtige Signalform an diesem
Umkehrpunkt beibehält, werden verschiedene Vorteile erzielt.
Erstens wird, da der Schwingung des gemessenen Gegenstands
mehrere Schwingungsperioden überlagert sind, selbst wenn der
gemessene Gegenstand kompliziert verschoben wird, die
Frequenz einfach um das Ausmaß der Dopplerfrequenz relativ
zur modulierten Schwebungsfrequenz moduliert, so daß der
Schwingungszustand richtig gemessen werden kann. Selbst wenn
eine Abschwächung der Schwingungen des gemessenen Gegenstands
gemessen werden soll, und die Verschiebung des gemessenen
Gegenstands infolge der Abschwächung Null wird, wird die
Doppler-Schwebungsfrequenz entsprechend der beobachteten
Frequenz der Schwebungswellen einfach gleich der modulierten
Schwebungsfrequenz, und behalten die Schwebungswellen ihre
richtige Signalform bei, so daß der Vorgang der Abschwächung
exakt gemessen werden kann.
Wie in Fig. 7 gezeigt ist, verwenden dann, wenn die
Schwingung des gemessenen Gegenstands unter Verwendung der
Schwingungsmeßeinrichtung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform gemessen wird, die Schwebungswellen, die im
Ausmaß der Dopplerfrequenz moduliert werden, die modulierte
Schwebungsfrequenz als Zentrumsfrequenz. Wenn mit diesen
Schwebungswellen eine Frequenz-Spannungswandlung
(F/V-Wandlung) durchgeführt wird, erhält man die in Fig.
7(C) gezeigte Schwingungsvariationssignalform. Weiterhin
können die Richtung und Größe der Geschwindigkeit berechnet
werden, da die Dopplerfrequenz dadurch erhalten wird, daß die
modulierte Schwebungsfrequenz von der
Doppler-Schwebungsfrequenz subtrahiert und das sich ergebende
Vorzeichen umgekehrt wird.
Fig. 8 zeigt als Blockschaltbild schematisch ein Beispiel
für eine Schwingungsmeßeinrichtung, die allen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemeinsam ist.
Bei dem in Fig. 8 gezeigten Beispiel weist die
Schwingungsmeßeinrichtung die Lasereinheit 12 auf, die mit
dem Laserresonator 14 für die Schwingungen eines Laserstrahls
versehen ist, und eine Eigenmischung eines zurückkehrenden
Strahls, der erhalten wird, wenn der ausgesandte Strahl durch
den gemessenen Gegenstand reflektiert wird, mit einem Strahl
hervorruft, der schwingt und ausgesandt wird, wenn der
zurückkehrende Strahl empfangen wird, sowie die Photodiode 20
zur photoelektrischen Umwandlung der Schwebungswellen, die
durch die Eigenmischung in dem Laserresonator erzeugt werden.
Die Schwingungsmeßeinrichtung weist weiterhin die
Lasertreibersteuerung 24 zum Steuern des Betriebs des
Laserresonators unter Verwendung eines Lasertreiberstroms mit
vorbestimmter Signalform und Periode auf, und den
Signalprozessor 21 zum Detektieren von Schwebungswellen mit
der modulierten Schwebungsfrequenz fb entsprechend der
Differenz der Frequenzen zwischen einem ausgesandten Strahl
und einem zurückkehrenden Strahl, wobei die Differenz in dem
Resonator 14 auftritt, in Abhängigkeit von Variationen
(df/ft) der Laserstrahlschwingungswellenlänge, die durch
zeitliche Änderungen des Lasertreiberstroms hervorgerufen
werde, und in Abhängigkeit von der Periode τ zwischen dem
Aussenden des ausgesandten Strahls und dem Empfang des
zurückkehrenden Strahls.
Der Signalprozessor 21 weist weiterhin einen
Frequenzvariationssignalformgenerator 22A auf, um als
Frequenzvariationssignalform Variationen der Dopplerfrequenz
Δfd zu erzeugen, die von der Geschwindigkeit des gemessenen
Gegenstands abhängen, und die der modulierten
Schwebungsfrequenz fb der Schwebungswellen überlagert werden.
Weiterhin weist der Signalprozessor 21 eine
Schwebungswellendetektorschaltung 51 zum Detektieren von
Schwebungswellen aus einem PD-Ausgangssignal auf, eine
Entfernungsschaltung 52 für eine frei wählbare Signalform zum
Entfernen von Komponenten mit starker
Lichtintensitätsänderung von dem PD-Ausgangssignal, das von
der Schwebungswellendetektorschaltung 51 detektiert wird,
wobei die Komponenten entsprechend dem Lasertreiberstrom
variieren, und eine Signalverstärkerschaltung 53 zum
Verstärken des Signals, von welchem die modulierten
Komponenten durch die Entfernungsschaltung 52 für alle frei
wählbaren Signalformen entfernt wurde. Das Signal, das von
der Signalverstärkerschaltung 53 verstärkt wurde, wird dann
einem Frequenzvariationssignalformgenerator 22A als die
voranstehend geschilderten Schwebungswellen zugeführt.
Fig. 9 ist ein Signalformdiagramm, welches ein Beispiel für
eine Treiberstromsignalform gemäß der ersten Ausführungsform
zeigt. Fig. 9(A) zeigt ein Beispiel, bei welchem der
Lasertreiberstrom aus Dreieckswellen besteht, und Fig. 9(B)
zeigt ein Beispiel, bei welchem der Strom aus Sägezahnwellen
besteht. Wenn sich der Lasertreiberstrom um einen konstanten
Betrag ändert, ist die Frequenz konstant, die sich infolge
einer Modulation entsprechend dem Treiberstrom ergibt. Wenn
sich daher die gemessene Doppler-Schwebungsfrequenz fdb der
Schwebungswellen ändert, wird sofort eine Änderung der
Dopplerfrequenz Δfd erkannt, die von der Geschwindigkeit des
gemessenen Gegenstands abhängt, was die Ermittlung des
Schwingungszustands erleichtert. Die Signalform (zeitliche
Änderung) des Treiberstroms umfaßt daher vorzugsweise sich
periodisch wiederholende gerade Linien, die eine feste
Neigung oder Steigung aufweisen, wie dies in Fig. 9(A) oder
(B) gezeigt ist. Obwohl die Sägezahn-Treiberstromsignalform,
die in Fig. 9(B) gezeigt ist, einfach zu verarbeiten ist, in
Bezug auf das Entfernen des Lasertreiberstroms, oder die
Berechnung der modulierten Schwebungsfrequenz fb, können auch
Dreieckswellen verwendet werden, die symmetrische Steigungen
aufweisen, wie dies in Fig. 9(A) gezeigt ist. Bei den
Dreieckswellen ist eine vorbestimmte Signalverarbeitung dazu
erforderlich, die Dopplergeschwindigkeit zu berechnen, da die
Erhöhung oder Abnahme der modulierten Schwebungsfrequenz
davon abhängt, ob ein gerader Abschnitt der Signalform eine
positive oder negative Steigung oder Neigung aufweist. Zur
Vereinfachung der Signalverarbeitung ist die Signalform
vorzugsweise eine Sägezahnwelle, die eine lange Steigung oder
Neigung aufweist, wie dies in Fig. 9(B) gezeigt ist.
Wenn die Dreieckswelle in Fig. 9(A) als Treiberstrom
verwendet wird, und sowohl positive als auch negative
Steigungen bzw. Neigungen gemessen werden, muß der
Frequenzvorgang in Abhängigkeit davon ausgewählt werden, ob
die Signalform eine positive oder negative Steigung bzw.
Neigung aufweist. Fig. 10 zeigt als Blockschaltbild ein
Beispiel für den Aufbau eines
Schwingungsinformationsgenerators in einem Fall, in welchem
eine Dreieckswelle als Lasertreiberstromsignalform verwendet
wird. Es wird beispielsweise eine Auswahlperiode unabhängig
davon eingestellt, ob der Treiberstrom ansteigt oder absinkt,
wie dies in Fig. 9(C) gezeigt ist. Gemessene
Dopplerfrequenzen können gleichförmig dadurch bearbeitet
werden, daß jede von ihnen durch eine Berechnungseinrichtung
entsprechend der Auswahlperiode hindurchgeleitet wird.
Bei dem in Fig. 10 gezeigten Beispiel weist der
Signalprozessor 21 eine Frequenzberechnungsvorrichtung 54
auf, um die Frequenz (Doppler-Schwebungsfrequenz) fdb eines
Schwebungswellensignals 3 zu berechnen, eine
Berechnungsvorrichtung 55 zur Berechnung der Dopplerfrequenz
Δfd unter Verwendung der modulierten Schwebungsfrequenz fb,
die infolge der Modulation des Lasertreiberstroms auftritt,
und einen periodenweise arbeitenden Signalprozessor 22B zum
Abziehen der Dopplerfrequenz aus jeder der ansteigenden und
absinkenden Perioden, wenn der Lasertreiberstrom eine
Dreieckssignalform aufweist. Bei dem in Fig. 10 gezeigten
Beispiel weist der periodenweise arbeitende Signalprozessor
22B mehrere Umkehreinheiten 56 zur Umkehrung der Polarität
(des Vorzeichens) der Dopplerfrequenz Δfd auf, die durch die
Berechnungsvorrichtung 55 berechnet wird, und einen Selektor
57 zur Auswahl einer Dopplerfrequenz oder einer
Dopplerfrequenz mit umgekehrter Polarität, abhängig von den
in Fig. 9(C) gezeigten Zeitpunkten. Die Dopplerfrequenz Δfd
wird entsprechend Zeitreihen ausgegeben, um eine
Frequenzänderungssignalform auszugeben.
Fig. 11 zeigt als Blockschaltbild den Aufbau einer
Entfernungsschaltung für eine frei wählbare Signalform gemäß
der vorliegenden Ausführungsform. Fig. 11(A) zeigt
schematisch den Aufbau, und Fig. 11(B) zeigt ein Beispiel
für den Aufbau zum Entfernen von Dreieckskomponenten auf der
Schwebungswelle von der Grundlage des Lasertreiberstroms. Bei
dem in Fig. 11(A) gezeigten Beispiel weist eine ein Fig. 8
gezeigte Entfernungsschaltung 52 für eine frei wählbare
Signalform ein Hochpaßfilter 63 auf, das hochfrequente
Komponenten durchläßt, und Gleichspannungskomponenten sperrt,
und eine Dreieckswellenkomponentenentfernungseinheit
(Treiberstromkomponentenentfernungseinheit) 64 zum Entfernen
von Komponenten mit variierender Lichtintensität von den
Signalen, die durch das Hochpaßfilter 63 hindurchgegangen
sind, wobei sich die Komponenten entsprechend dem
Lasertreiberstrom ändern. Die
Dreieckswellenkomponentenentfernungseinheit 64 dient als
Sägezahnwellenkomponentenentfernungseinheit, wenn der
Treiberstrom sägezahnförmig ist.
Elektrische Signale, die den Änderungen der
Lasertrahlintensität zugeordnet sind (PD-Ausgangssignal), die
von der Photodiode 20 detektiert wird, werden durch ein
Filter 63 hindurchgeleitet, um nur
Wechselspannungskomponenten zu erhalten. Die abgezogenen
Signale enthalten Dreieckskomponenten proportional zur
Treiberstromsignalform, da die Laserstrahlintensität
entsprechend dem Treiberstrom ansteigt bzw. abnimmt. Da die
Dreieckskomponenten im Vergleich zu Schwebungswellen sehr
groß sind, müssen sie (Sägezahnkomponenten) entfernt werden,
bevor die Signalverstärkung erfolgen kann.
Im einzelnen können die Treiberstromkomponenten dadurch
entfernt werden, daß eine Dreiecksspannung entsprechend der
Dreiecks- oder Sägezahnwelle des Treiberstroms vorgesehen
wird, die Amplitude durch Verstärkung oder dergleichen
eingestellt wird, und die eingestellte Spannung von dem
PD-Ausgangssignal synchron mit diesem subtrahiert wird. Bei
dem in Fig. 11(B) dargestellten Beispiel ist eine
Spannungseinstellvorrichtung 65 vorgesehen, um die Spannung
einer Dreiecksspannungssignalform einzustellen, die von der
Lasertreibersteuerung 24 erzeugt wird, so daß sie im
wesentlichen gleich der Spannung von
Dreieckswellenkomponenten des PD-Ausgangssignals ist, eine
Photodetektor- und Synchronisationsvorrichtung 66 zum
Detektieren der Phase des PD-Ausgangssignals und zum
Synchronisieren der detektierten Phase mit der Phase des
Signals, dessen Amplitude durch die
Spannungseinstellvorrichtung 65 eingestellt wurde, und eine
Arithmetikschaltung 67 zum Subtrahieren des
Dreieckswellensignals, dessen Phase durch die Photodetektor-
und Synchronisationsvorrichtung 66 eingestellt wurde, von
einem Anteil des PD-Ausgangssignals, der durch das
Hochpaßfilter hindurchgegangen ist, um nur Schwebungswellen
abzuziehen, welche die Doppler-Schwebungsfrequenz aufweisen.
Fig. 12 zeigt als Blockschaltbild ein weiteres Beispiel für
die Entfernungsschaltung 52 für frei wählbare Signalformen.
Bei dem in Fig. 12 dargestellten Beispiel werden nur
Dreieckskomponenten von dem PD-Ausgangssignal abgezogen, und
werden die Dreieckskomponenten nach Einstellung der Spannung
und der Phase von dem Signal subtrahiert. Bei dem in Fig. 12
gezeigten Beispiel weist die
Dreieckswellenkomponentenentfernungseinheit 64 eine
Dreieckswellenabziehvorrichtung 68 auf, um
Dreieckswellenkomponenten von dem Anteil des
PD-Ausgangssignals abzuziehen, der durch das Hochpaßfilter 63
hindurchgelangt ist, eine Phasen- und
Spannungseinstellvorrichtung 69 zur Einstellung der Phase und
der Spannung der Dreieckssignalform, die von der
Dreieckswellenabziehvorrichtung 68 abgezogen wurde, und eine
Berechnungsvorrichtung 67 zum Subtrahieren von
Signalkomponenten, die von der Phasen- und
Spannungseinstellvorrichtung 69 ausgegeben werden, von dem
Anteil des PD-Ausgangssignals, der durch das Hochpaßfilter 63
hindurchgelangt ist.
Die Dreieckswellenkomponenten können ebenfalls dadurch von
dem PD-Ausgangssignal entfernt werden, daß die
Abschneidefrequenz des Hochpaßfilters 63 in Abhängigkeit von
der Periode der Treiberstromsignalform eingestellt wird. Da
ein Frequenzunterschied zwischen den Schwebungswellen und den
Änderungen des Treiberstroms vorhanden ist, und die
Schwebungswellen eine höhere Frequenz aufweisen, kann nämlich
das Hochpaßfilter 63 dazu verwendet werden, von dem Signal
die Dreieckswellenkomponenten zu entfernen, die aufgrund von
Änderungen des Treiberstroms auftreten.
Bei den in den Fig. 11 und 12 dargestellten Beispielen
werden die Dreieckswellenkomponenten, die vom Treiberstrom
herstammen, von dem PD-Ausgangssignal entfernt, das danach
verstärkt wird. Daher können nur die
Schwebungswellenkomponenten breitbandig verwendet werden. Zum
Beispiel kann zur Umwandlung in ein Digitalsignal die
Auflösung eines A/D-Wandlers maximal ausgenutzt werden.
Im Zusammenhang mit einer zweiten Ausführungsform wird eine
Anordnung zur Berechnung einer Frequenzänderungssignalform
aus Schwebungswellen im einzelnen geschildert. Fig. 13(A)
zeigt eine Anordnung zur Ausgabe von Änderungen der
Doppler-Schwebungsfrequenz als Änderungen der
Schwingungsgeschwindigkeit. Da die beobachtete Frequenz von
Schwebungswellen der Differenz zwischen der Dopplerfrequenz
Δfd und der modulierten Schwebungsfrequenz fb entspricht,
können dann, wenn die modulierte Schwebungsfrequenz fb
konstant ist, Änderungen der Doppler-Schwebungsfrequenz als
Geschwindigkeitsvariationssignalform verwendet werden, welche
eine Geschwindigkeit von Null bei der modulierten
Schwebungsfrequenz anzeigt. Bei dem in Fig. 13(A) gezeigten
Beispiel weist der Frequenzvariationssignalformgenerator 22A
eine Signalkorrektureinheit 72 zur Korrektur verstärkter
Schwebungswellen in Bezug auf nicht konstante Perioden oder
dergleichen auf, und einen Frequenz-Spannungswandler
(F/V-Wandler) 73 zur Umwandlung der Frequenz von
Schwebungswellen, die von der Signalkorrekturschaltung
ausgegeben werden, in eine Spannung. Die in Fig. 13(A)
gezeigte Anordnung kann als Analogschaltung implementiert
werden, und ist geeignet für Einsätze zum Messen anomaler
Schwingungen des gemessenen Gegenstands in Echtzeit.
Fig. 13(B) zeigt ein Beispiel für eine Anordnung zur Ausgabe
von Änderungen der Dopplerfrequenz Δfd als Änderungen der
Schwingungsgeschwindigkeit. Bei dem in Fig. 13(B)
dargestellten Beispiel werden Komponenten fb der modulierten
Schwebungsfrequenz entfernt, anstelle von Änderungen der
Doppler-Schwebungsfrequenz fdb, um eine
Frequenzvariationssignalform zu erzeugen, die nur aus
Dopplerfrequenzkomponenten Δfd besteht. Bei dem in Fig.
13(B) gezeigten Beispiel weist der
Frequenzvariationssignalformgenerator 22A zusätzlich zu der
in Fig. 13A dargestellten Anordnung eine Arithmetikschaltung
75 auf, um die modulierte Schwebungsfrequenz fb von einer
Änderungssignalform der Doppler-Schwebungsfrequenz fdb
abzutrennen, die von dem F/V-Wandler 73 ausgegeben wird. Die
Arithmetikschaltung 75 gibt als Schwingungsinformation eine
Änderungssignalform der Dopplerfrequenz aus, eine
Geschwindigkeitsänderungssignalform, die durch Multiplikation
der Änderungssignalform mit einer Wellenlänge erhalten wird,
eine Verschiebungsänderungssignalform, die durch Integration
der Geschwindigkeitsänderungssignalform erhalten wird, oder
dergleichen.
Die Dopplerfrequenz kann dadurch berechnet werden, daß ein
verstärktes Signal (Schwebungswellen) mit einer modulierten
Schwebungsfrequenz multipliziert wird, die vorher mit Hilfe
der Strommodulation erhalten wird, und durch Messung der sich
ergebenden Einhüllenden.
Fig. 14 zeigt als Blockschaltbild ein Beispiel für den
Aufbau des Signalprozessors gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bei dem in den Fig. 14 und 15
dargestellten Beispiel wird eine digitale Signalverarbeitung
zur Ausgabe einer Frequenzänderungssignalform verwendet. Im
einzelnen wird die Periode von Schwebungswellen numerisch und
zeitlich aus Schwebungswellendaten bestimmt. Beispielsweise
kann die Periode der Signalform dadurch bestimmt werden, daß
die Schwebungswellen differenziert werden, um Spitzenwerte
der Signalform zu ermitteln, und die Zeit zwischen den
Spitzenwerten festzustellen, oder durch Messung von
Abschnitten, an denen die Schwebungswellen selbst eine frei
wählbare Spannung überqueren.
Die Messung der Periode von Spitzenwert zu Spitzenwert wird
nicht durch zentrale Spannungsänderungen beeinflußt, jedoch
durch Rauschen. Das Beispiel, bei dem Messungen von
Abschnitten erfolgen, in denen die Schwebungswellen eine frei
wählbare Spannung durchlaufen, wird durch zentrale
Spannungsänderungen beeinflußt, jedoch durch Rauschen nicht
relativ beeinflußt. Die Periode der Signalform kann daher
dadurch exakt berechnet werden, daß die Vorgehensweise in
Abhängigkeit von den Signalbedingungen ausgewählt wird.
Bei dem Beispiel, bei welchem die Schwebungswellen
differenziert werden, wird die Signalform vorzugsweise vorher
gemittelt, um die negativen Einflüsse des Rauschens
auszuschalten. Die Spitzenwerte der Signalform können dadurch
festgestellt werden, daß ein Signal differenziert wird, das
zur Unterdrückung von Rauschen gemittelt wurde, so daß die
Spitzenwerte als Punkte festgestellt werden können, an denen
der differenzierte Wert eine Null-Linie von der positiven
Seite zur negativen Seite hin überquert. Die Spitzenwerte
können auch als Punkte festgestellt werden, an denen der
differenzierte Wert die Null-Linie von der negativen Seite
aus zur positiven Seite hin überquert.
Zum Unterdrücken von Rauschen ist es nützlich, daß dann, wenn
das Intervall zwischen den Punkten, an denen der
differenzierte Wert die Null-Linie von der positiven Seite zu
der negativen Seite überquert, kürzer als eine vorhersehbare
Schwebungswellenlänge ist, das Intervall zwischen zwei stetig
ineinander übergehenden Punkten als die Periode akkumuliert
wird. Wenn die Steigung der Signalform, die beobachtet wird,
wenn der differenzierte Wert die Null-Linie von der positiven
Seite zu der negativen Seite hin überschreitet, steiler als
ein vorhergesagter Wert ist, kann dies als Rauschen angesehen
werden, und vernachlässigt werden.
Bei jenem Beispiel, bei dem die Periode der Schwebungswellen
direkt bestimmt wird, wird eine Vorrichtung zum Mitteln eines
größeren Bereiches des Signals verwendet, um eine zentrale
Spannung zu bestimmen, so daß das Intervall zwischen Punkten,
an denen die Schwebungswelle diese Spannungslinie von der
positiven Seite zu der negativen Seite (oder umgekehrt)
überschreitet, gemessen werden kann.
Bei jenem Beispiel, bei welchem differenzierte
Schwebungswellen, die durch Differenzieren der
Schwebungswellen erhalten werden, zur Erzeugung einer
Frequenzvariationssignalform verwendet werden, weist der
Frequenzvariationssignalformgenerator 22A eine
Differenzierfunktion 77 zum Differenzieren der
Schwebungswellen auf, und eine
Nulldurchgangsperiodenberechnungsfunktion 78 zum Berechnen,
als Frequenzvariationssignalform, von Variationen der
Periode, in welcher die durch die Differenzierfunktion 77
differenzierten Schwebungswellen die Null-Linie
überschreiten, wie dies in Fig. 14 gezeigt ist. Weiterhin
kann mit einer Funktion zur Bildung des Inversen des Wertes
der Periode, die von der
Nulldurchgangsperiodendetektorfunktion 78 detektiert wird,
eine Frequenzvariationssignalform
(Geschwindigkeitsvariationssignalform des gemessenen
Gegenstands) erzeugt werden.
Fig. 15(A) zeigt ein Beispiel, bei welchem die Periode der
Schwebungswellen direkt bestimmt wird, und Fig. 15(B) zeigt
ein Beispiel, bei welchem die Periode der differenzierten
Schwebungswellen bestimmt wird. Bei dem in Fig. 15(A)
gezeigten Beispiel wird die Periode T dadurch bestimmt, daß
Positionen festgestellt werden, an denen die Schwebungswellen
die Null-Linie von der negativen Seite zur positiven Seite
hin überqueren. Bei dem in Fig. 15(B) gezeigten Beispiel
wird die in Fig. 14 dargestellte Anordnung dazu verwendet,
die Schwebungswellen zu differenzieren, und werden die
Positionen festgestellt, an denen die differenzierten
Schwebungswellen die Null-Linie von der negativen Seite zur
positiven Seite hin überqueren, wodurch die Periode T von
einem Spitzenwert zum nächsten bestimmt wird.
In Bezug auf eine dritte Ausführungsform werden Grundlagen
eines Beispiels beschrieben, bei dem eine Frequenzanalyse von
Schwebungswellen erfolgt. Fig. 16 zeigt als Blockschaltbild
ein Beispiel für den Aufbau der dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Bei dem in Fig. 16 gezeigten
Beispiel weist der Signalprozessor 21 eine
Signalkorrektureinheit 72 auf, um Rauschen von
Schwebungswellen zu entfernen, eine Fourier-Analysefunktion
81 zur Bestimmung des Frequenzspektrums der Schwebungswellen,
und eine Dopplerfrequenzberechnungsfunktion 82 zur Berechnung
eines Maximal- oder Minimalwertes der Dopplerfrequenz, der
von der Geschwindigkeit des gemessenen Gegenstands abhängt,
auf der Grundlage einer Spektralbreite um die
Schwebungsfrequenz des Frequenzspektrums herum, das von der
Fourier-Analysefunktion 81 erzeugt wird.
Fig. 17 ist ein Spektraldiagramm, das ein Beispiel für das
Frequenzspektrum von Schwebungswellen zeigt, die bei der
dritten Ausführungsform verwendet werden. Die
Frequenzverteilung der Schwebungswellen unter
Idealbedingungen wird beobachtet, wenn die Frequenz um das
Ausmaß der Dopplerfrequenz Δfd in Bezug auf die modulierte
Schwebungsfrequenz fb verschoben wird, die durch
Strommodulation erzeugt wird. Die modulierte
Schwebungsfrequenz fb, die durch Modulation des Treiberstroms
erhalten wird, entspricht daher dem Zentrum einer
Spektralbreite, die erhalten wird, wenn mit dem Signal eine
Fourier-Analyse durchgeführt wird, und eine minimale
Dopplerfrequenz Δdfmin bzw. eine maximale Dopplerfrequenz
Δbdmax entspricht dem Absolutwert einer Frequenz, die durch
Subtraktion der modulierten Schwebungsfrequenz fb von einer
Minmialfrequenz fbdmin bzw. einer Maximalfrequenz fbdmax in der
Spektralbreite erhalten wird.
Wenn daher mit den Schwebungswellen 3 eine Fourier-Analyse
durchgeführt wird, unter Einsatz einer Vorgehensweise wie
beispielsweise FFT (schnelle Fourier-Transformation), können
die modulierte Frequenz fb und die maximale Dopplerfrequenz
Δfdmax aus den gemessenen Schwebungswellen bestimmt werden.
Sobald die maximale Dopplerfrequenz Δfdmax ermittelt wurde,
kann die maximale Bewegungsgeschwindigkeit des gemessenen
Gegenstands unter Verwendung von Gleichung (3) berechnet
werden.
In Fig. 16 weist der Signalprozessor eine
Frequenzberechnungsvorrichtung 80 zur Berechnung des
Absolutwertes einer Frequenz zwischen der modulierten
Frequenz fdb der Schwebungswellen und der zentralen
modulierten Schwebungsfrequenz fb als Dopplerfrequenz Δfd
auf, die von der Geschwindigkeit des gemessenen Gegenstands
abhängt, und eine
Bewegungsgeschwindigkeitsberechnungsvorrichtung 83 zur
Berechnung der Geschwindigkeit des gemessenen Gegenstands auf
der Grundlage der Dopplerfrequenz Δfd, die von der
Dopplerfrequenzberechnungsvorrichtung 80 berechnet wird. Die
Dopplerfrequenzberechnungsvorrichtung 80 verwendet die FFT
bei dem in Fig. 16 gezeigten Beispiel, jedoch kann die
Dopplerfrequenz auch dadurch erhalten werden, daß eine vorher
berechnete oder gemessene, modulierte Schwebungsfrequenz von
der beobachteten Frequenz der Schwebungswellen abgezogen
wird.
Bei einer vierten Ausführungsform werden mehrere
Laserresonatoren dazu verwendet, kontinuierliche
Schwingungsmessungen ohne Verwendung von Schwebungswellen in
der nicht konstanten Periode zu ermöglichen, die von der
Signalform des Lasertreiberstroms abhängt. Fig. 18 zeigt als
Blockschaltbild ein Beispiel für den Aufbau der vierten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine
Schwingungsmeßeinrichtung gemäß dieser Ausführungsform weist
mehrere Laserresonatoren 90 und 91 auf, in denen ein
Laserstrahl schwingt, und in denen eine Eigenmischung eines
zurückkehrenden Strahls, der erhalten wird, wenn der
schwingende, ausgesandte Strahl durch den gemessenen
Gegenstand reflektiert wird, mit einem Strahl hervorgerufen
wird, der schwingt und ausgesandt wird, wenn der
zurückkehrende Strahl empfangen wird, eine
Lasertreibersteuerung 92 zum Steuern des Betriebs jedes der
mehreren Laserresonatoren 90 und 91 unter Verwendung eines
entsprechenden Lasertreiberstroms mit entsprechender
vorbestimmter Signalform und Phase, und einen Signalprozessor
95 zur Verwendung, als modulierte Schwebungsfrequenz fb,
einer Frequenzdifferenz zwischen dem ausgesandten Strahl und
dem zurückkehrenden Strahl, die in jedem der mehreren
Resonatoren auftritt, um Schwebungswellen zu detektieren,
denen die Dopplerfrequenz Δfd überlagert ist, wobei die
Dopplerfrequenz von der Bewegungsgeschwindigkeit des
gemessenen Gegenstands abhängt.
Der Signalprozessor 95 weist einen Schwebungswellenselektor
93 zur Auswahl jener der Schwebungswellen auf, die in jedem
der mehreren Resonatoren 90 und 91 auftritt, und in dem
Laserresonator 90 auftreten, der keine nicht konstante
Periode 37 aufweist, wenn die modulierte Schwebungsfrequenz
fdb nicht konstant ist, entsprechend der Phase und der
Periode des Lasertreiberstroms, sowie einen
Schwingungsinformationsgenerator 94 zur Erzeugung von
Schwingungsinformation in Bezug auf den gemessenen Gegenstand
auf der Grundlage der Schwebungswellen, die durch den
Schwebungswellenselektorabschnitt 93 ausgewählt werden.
Fig. 19 ist ein Signalformdiagramm, welches die
Phasenbeziehung zwischen den beiden Lasertreiberströmen gemäß
der vierten Ausführungsform zeigt. In einem Abschnitt der
Lasertreiberstromsignalform, in welchem sich deren Steigung
ändert, also bei einem Spitzenwert der
Treiberstromsignalform, ändert sich der Strom nicht, so daß
keine Schwebungswelle infolge einer Modulation des
Treiberstroms auftritt. Wenn eine Dreiecks- oder
Sägezahnsignalform tatsächlich erzeugt werden soll, verliert
dann, da es schwierig ist, sofort die Steigung der Signalform
beim Spitzenwert der Signalform zu ändern, die Signalform
ihre Linearität vor und nach dem Spitzenwert, und ähnelt eher
einer Kurve. In der Nähe des Spitzenwertes der
Treiberstromsignalform tritt daher entweder die modulierte
Schwebungsfrequenz fb nicht auf, oder ist instabil. Wenn
daher, wie in Fig. 19 gezeigt ist, Messungen durchgeführt
werden, bei denen sich die Phasen der Lasertreiberströme
voneinander unterscheiden, überlappen sich die momentanen
Perioden 37 der modulierten Schwebungsfrequenz fb zwischen
den Resonatoren nicht. Daher können kontinuierliche
Schwingungsmessungen stabil unter Verwendung der
Schwebungswellen in stabilen Perioden der modulierten
Schwebungsfrequenz beider Resonatoren durchgeführt werden.
Fig. 20 zeigt als Blockschaltbild ein Beispiel für den
Aufbau der vierten Ausführungsform im einzelnen. Bei dem in
Fig. 20 dargestellten Beispiel führen ein erster Laser A,
der mit dem Bezugszeichen 90 bezeichnet ist, und ein zweiter
Laser B, der mit dem Bezugszeichen 91 bezeichnet ist, jeweils
die F/V-Wandlung durch, und wählt ein Selektor 93 zwischen
den Lasern A und B aus, um die nicht konstanten Perioden 37
der Schwebungswellen zu entfernen. Im einzelnen weist der
Laser A eine Signalkorrekturschaltung 72A zum Entfernen von
Rauschen von den Schwebungswellen auf, einen F/V-Wandler 73A
zur Umwandlung von Änderungen der Periode der
Schwebungswellen, die kein Rauschen aufweisen, in
Spannungsänderungen, und eine Spannungseinstellschaltung 75A
zur Normierung eines Spannungswertes für eine
Geschwindigkeitsvariationssignalform, die von dem F/V-Wandler
73A ausgegeben wird. Der Laser B ist ähnlich aufgebaut, und
die Spannungseinstellschaltungen 65A und 65B ändern die
Amplituden der beiden Geschwindigkeitsvariationssignalformen
so ab, daß sie dieselbe Form aufweisen.
Bei einer fünften Ausführungsform wird ein einzelner Laser
dazu verwendet, die nicht konstanten Perioden von der
Signalform zu entfernen, damit Schwingungen intermittierend
gemessen werden können. Dies ist nützlich zur Überwachung der
maximalen Schwingungsgeschwindigkeit. Fig. 21 zeigt als
Blockschaltbild ein Beispiel für eine Anordnung gemäß der
fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dem
in Fig. 21 gezeigten Beispiel weist der Signalprozessor 21
eine Korrekturvorrichtung 95 für nicht konstante Perioden zum
Entfernen nicht konstanter Schwebungswellen von den nicht
konstanten Perioden auf, wenn die modulierte
Schwebungsfrequenz entsprechend der Phase und der Periode des
Lasertreiberstroms nicht konstant ist, sowie den
Schwingungsinformationsgenerator 94 zur Erzeugung von
Schwingungsinformation in Bezug auf den gemessenen Gegenstand
auf der Grundlage der Schwebungswellen, die durch die
Korrektureinheit 95 für nicht konstante Perioden korrigiert
wurden. Die Korrektureinheit 95 für nicht konstante Perioden
korrigiert die Schwebungswellen entsprechend den nicht
konstanten Perioden, die von der Periode und der Phase der
Lasertreiberstromsignalform abhängen. Beispielsweise kann ein
Wert für die Schwebungswellen auf Null eingestellt werden,
oder können die Schwebungswellen durch eine Signalform mit
ausreichend kleiner Periode ersetzt werden. Wenn der Wert für
die Schwebungswellen auf Null eingestellt wird, können die
Änderungen der Schwebungswellen aus den nicht konstanten
Perioden entfernt werden, ohne den Aufbau des
Schwingungsinformationsgenerators 94 zu ändern.
Fig. 22 ist ein Signalformdiagramm, welches ein Beispiel für
Schwebungswellen in der stabilen Periode bei der fünften
Ausführungsform zeigt. Fig. 22 (A) zeigt Schwebungswellen,
die man beobachtet, wenn der gemessene Gegenstand ortsfest
ist, und Fig. 22(B) zeigt ein Beispiel für Schwebungswellen,
die man beobachtet, wenn der gemessene Gegenstand schwingt.
Läßt man die in Fig. 22 gezeigten Schwebungswellen sich
fortsetzen, führt dies zu Schwebungswellen, die gleich jenen
sind, die bei anderen Ausführungsformen verwendet werden,
beispielsweise der vierten Ausführungsform. Bei dem in Fig.
22(A) gezeigten Beispiel ändert sich die Amplitude der
Schwebungswellen geringfügig, jedoch ist die Periode im
wesentlichen konstant; die von dieser Periode abhängige
Frequenz ist die modulierte Schwebungsfrequenz fdb. Bei dem
in Fig. 22(B) gezeigten Beispiel wird die modulierte
Schwebungsfrequenz durch die Dopplerfrequenz Δfd moduliert.
Die Periode beginnt mit hoher Größe, nimmt dann ab, und dann
wieder zu. Diese Änderungen der Frequenz entsprechen
Dopplerfrequenzkomponenten des gemessenen Gegenstands. Die
vorliegende Ausführungsform erzielt eine hohe modulierte
Schwebungsfrequenz in der Größenordnung von Megaherz, selbst
mit kostengünstigen Teilen, wodurch die Auflösung von
Messungen der Schwingungsverschiebung oder Geschwindigkeit
des gemessenen Gegenstands wesentlich verbessert wird.
Da die vorliegende Erfindung so wie voranstehend geschildert
ausgebildet ist und arbeitet, sorgt die Steuerung für die
Erzeugung der modulierten Schwebungsfrequenz dafür, daß die
Schwebungswellen die modulierte Schwebungsfrequenz fb
aufweisen, die höher ist als die Dopplerfrequenz Δfd, die dem
rückkehrenden Strahl überlagert ist, und sich in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit des gemessenen Gegenstands ändert,
was es ermöglicht, Schwebungswellen mit der modulierten
Schwebungsfrequenz fb selbst dann zu erzeugen, wenn der
gemessene Gegenstand ortsfest bleibt. Die Dopplerfrequenz Δfd
des gemessenen Gegenstands wird den Schwebungswellen als
Summe von sich und der modulierten Schwebungsfrequenz fb
überlagert, so daß bei einer konstanten modulierten
Schwebungsfrequenz Änderungen der beobachteten Frequenz der
Schwebungswellen (Doppler-Schwebungsfrequenz fdb) Änderungen
der Dopplerfrequenz Δfd repräsentieren. Daher kann eine
Änderungssignalform der Doppler-Schwebungsfrequenz fdb, die
durch Beobachtung der Schwebungswellen erhalten wird, als
Geschwindigkeitsänderungssignalform verwendet werden. Da die
Doppler-Schwebungsfrequenz Δdb in Abhängigkeit von der Anzahl
an Schwebungswellen gemessen werden kann, kann darüber hinaus
die Auflösung der Schwingungsmessungen dadurch verbessert
werden, daß die modulierte Schwebungsfrequenz fb hoch
eingestellt wird. Insbesondere kann die Auflösung im
Vergleich zur herkömmlichen Berechnung der Verschiebung und
Geschwindigkeit unter Verwendung der Hälfte der Länge der
Schwingungsfrequenz (λ/2) als Einheit wesentlich verbessert
werden. Daher können Schwingungen mit sehr kleiner Periode
oder sehr kleine Änderungen der Verschiebung exakt gemessen
werden, die herkömmlich nicht stabil gemessen werden können.
Andererseits kann, wenn zu viele Schwebungswellen in Bezug
auf die Schwingungsperiode des gemessenen Gegenstands erzeugt
werden, infolge einer großen Verschiebung, im Vergleich zur
Größe von λ/2, die Anzahl an Schwebungswellen relativ zur
Schwingungsperiode des gemessenen Gegenstands eingestellt
werden, durch Einstellung einer niedrigen modulierten
Schwebungsfrequenz. Durch eine variable modulierte
Schwebungsfrequenz fb kann daher die Verbesserung der
Meßgenauigkeit und die Verringerung der Datenmenge in
erforderlichem Ausmaß eingestellt werden. Da Schwebungswellen
selbst dann erzeugt werden, wenn der gemessene Gegenstand
ortsfest bleibt, kann die Umkehr der Bewegungsrichtung oder
der Geschwindigkeit auf der Grundlage von Änderungen der
beobachteten Frequenz (Doppler-Schwebungsfrequenz) der
Schwebungswellen selbst dann gemessen werden, wenn bei dem
gemessenen Gegenstand komplizierte Schwingungen auftreten,
bei welchen mehrere Schwingungsperioden einander überlagert
vorhanden sind. Da die Schwebungswellen ihre richtige
Signalform selbst dann beibehalten, wenn der gemessene
Gegenstand anhält, kann darüber hinaus die
Schwingungsabschwächung richtig gemessen werden. Daher können
eine neue und hervorragende Schwingungsmeßeinrichtung und ein
neues und hervorragendes Schwingungsmeßverfahren zur
Verfügung gestellt werden, welche exakt die
Schwingungsbedingungen des gemessenen Gegenstands messen
können, ohne Abhä 00919 00070 552 001000280000000200012000285910080800040 0002010111974 00004 00800ngigkeit von der Laseroszillatorwellenlänge.
Die Erfindung läßt sich auf andere Arten und Weisen
verwirklichen, ohne von ihrem Wesen oder ihren wesentlichen
Merkmalen abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsformen
sollen daher in jeglicher Hinsicht als erläuternd und nicht
einschränkend verstanden werden, da sich der Umfang der
Erfindung aus der Gesamtheit der vorliegenden
Anmeldeunterlagen ergibt, und daher die beigefügten
Patentansprüche Wesen und Umfang der Erfindung umfassen
sollen.
Die gesamte Beschreibung der japanischen Patentanmeldung Nr.
2000-69088 (eingereicht am 13. März 2000) einschließlich
Beschreibung, Patentansprüchen, Zeichnungen und
Zusammenfassung wird insgesamt in die vorliegende Anmeldung
durch Bezugnahme eingeschlossen.
Claims (15)
1. Schwingungsmeßeinrichtung, die einen Laseroszillator
aufweist, in dem ein Laserstrahl schwingt, und in dem
Schwebungswellen durch Eigenmischung eines
zurückkehrenden Strahls, der erhalten wird, wenn der
ausgesandte Strahl durch den gemessenen Gegenstand
reflektiert wird, mit einem schwingenden Strahl erhalten
werden, wenn der rückkehrende Strahl empfangen wird,
eine Steuerung zur Erzeugung einer modulierten
Schwebungsfrequenz, um bei den Schwebungswellen eine
modulierte Schwebungsfrequenz zu erzeugen, die höher ist
als die Dopplerfrequenz, welche dem rückkehrenden Strahl
überlagert ist, und sich in Abhängigkeit von der
Geschwindigkeit des gemessenen Gegenstands ändert, und
einen Signalprozessor zur Durchführung einer
Signalverarbeitung bei den Schwebungswellen, die durch
die Eigenmischung in dem Laserresonator erzeugt werden,
und zur Ausgabe eines Ergebnisses der Verarbeitung als
Schwingungsinformation, wobei der Signalprozessor eine
Schwingungsinformationserzeugungsvorrichtung zur
Erzeugung von Schwingungsinformation von den
Schwebungswellen durch Festlegung von Änderungen der
Frequenz der Schwebungswellen als Änderungen der
Frequenz von der modulierten Schwebungsfrequenz in dem
Ausmaß der Dopplerfrequenz aufweist.
2. Schwingungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuerung zur Erzeugung einer modulierten
Schwebungsfrequenz eine Lasertreibersteuerung zum
Steuern des Betriebs der Laserresonators unter
Verwendung eines Lasertreiberstroms mit vorbestimmter
Signalform und Periode aufweist.
3. Schwingungsmeßeinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Lasertreibersteuerung eine
Sägezahnwellenerzeugungsfunktion zur Erzeugung eines
Lasertreiberstroms aufweist, der eine Periode hat, die
von einer optischen Weglänge zu dem gemessenen
Gegenstand abhängt, und von der Maximalfrequenz der
gemessenen Schwingung, und sägezahnförmig ist.
4. Schwingungsmeßeinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Lasertreibersteuerung eine
Dreieckswellenerzeugungsfunktion zur Erzeugung eines
Lasertreiberstroms aufweist, der eine Periode aufweist,
die von der optischen Weglänge zu dem gemessenen
Gegenstand abhängt, und von der Maximalfrequenz der
gemessenen Schwingung, und dreiecksförmig ist.
5. Schwingungsmeßeinrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß eine
Einstelleinheit für die optische Weglänge zum Einstellen
der optischen Weglänge auf einen vorbestimmten Wert
vorgesehen ist.
6. Schwingungsmeßeinrichtung, welche einen Laserresonator
aufweist, in welchem ein Laserstrahl schwingt, und in
welchem eine Eigenmischung eines zurückkehrenden
Strahls, der erhalten wird, wenn der schwingende,
ausgesandte Strahl durch den gemessenen Gegenstand
reflektiert wird, mit einem Strahl hervorgerufen wird,
der schwingt und ausgesandt wird, wenn der rückkehrende
Strahl empfangen wird, eine Lasertreibersteuerung zum
Steuern des Betrieb des Laserresonators unter Verwendung
eines Lasertreiberstroms mit einer vorbestimmten
Signalform und Periode, und einen Signalprozessor zum
Detektieren von Schwebungswellen, die eine modulierte
Schwebungsfrequenz entsprechend der Frequenzdifferenz
zwischen dem ausgesandten Strahl und dem zurückkehrenden
Licht aufweist, wobei die Differenz in dem Resonator in
Abhängigkeit von Änderungen der Schwingungsfrequenz des
Laserstrahls auftritt, hervorgerufen durch zeitliche
Änderungen des Lasertreiberstroms, und durch die Hin-
und Herlaufzeit des ausgesandten Strahls zwischen
Aussenden des ausgesandten Strahls und Empfang des
zurückkehrenden Strahls,
wobei der Signalprozessor eine
Frequenzänderungssignalformerzeugungsvorrichtung
aufweist, um auf der Grundlage der Schwebungswellen
Änderungen der Dopplerfrequenz zu erzeugen, die von der
Geschwindigkeit des gemessenen Gegenstands abhängen, und
der modulierten Schwebungsfrequenz überlagert sind, als
Frequenzänderungssignalform.
7. Schwingungsmeßeinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Signalprozessor einen periodenweise arbeitenden
Signalprozessor aufweist, um dann, wenn der
Lasertreiberstrom dreiecksförmig ist, eine
Dopplerfrequenz von jeder der ansteigenden und
absinkenden Perioden des Dreieckssignals abzuziehen.
8. Schwingungsmeßeinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Signalprozessor eine Entfernungseinheit für eine
Treiberstromkomponente zum Entfernen von
Lichtintensitätskomponenten von den Schwebungswellen
aufweist, die von der Signalform des Lasertreiberstroms
abhängen.
9. Schwingungsmeßeinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Frequenzänderungssignalformerzeugungsvorrichtung eine
Differenzierfunktion zum Differenzieren der
Schwebungswellen und eine Berechnungsfunktion für
Perioden von einem Spitzenwert zum nächsten aufweist, um
als die Frequenzänderungssignalform Änderungen der
Periode zu berechnen, wenn die durch die
Differenzierfunktion differenzierten Schwebungswellen
eine Null-Linie überschreiten.
10. Schwingungsmeßeinrichtung, die einen Laserresonator
aufweist, in welchem ein Laserstrahl schwingt, und in
dem eine Eigenmischung eines zurückkehrenden Strahls,
der erhalten wird, wenn der schwingende, ausgesandte
Strahl durch den gemessenen Gegenstand reflektiert wird,
mit einem Strahl hervorgerufen wird, der schwingt und
ausgesandt wird, wenn der rückkehrende Strahl empfangen
wird, eine Lasertreibersteuerung zum Steuern des
Betriebs des Laserresonators unter Verwendung eines
Lasertreiberstroms mit vorbestimmter Signalform und
Periode, und einen Signalprozessor zum Detektieren von
Schwebungswellen, die eine modulierte Schwebungsfrequenz
entsprechend der Frequenzdifferenz zwischen dem
ausgesandten Strahl und dem zurückkehrenden Licht
aufweisen, wobei die Differenz in dem Resonator
auftritt, abhängig von Änderungen der
Schwingungsfrequenz des Laserstrahls, hervorgerufen
durch zeitliche Änderungen des Lasertreiberstroms, und
von der Hin- und Herlaufzeit des ausgesandten Strahls
zwischen dem Aussenden des ausgesandten Strahls und dem
Empfang des zurückkehrenden Strahls,
wobei der Signalprozessor eine Fourier-Analysefunktion
zur Bestimmung des Frequenzspektrums der
Schwebungswellen aufweist, und eine
Dopplerfrequenzberechnungsfunktion zur Berechnung des
Maximal- oder Minimalwertes der Dopplerfrequenz, die von
der Geschwindigkeit des gemessenen Gegenstands abhängt,
auf der Grundlage einer Spektralbreite um die modulierte
Schwebungsfrequenz des Frequenzspektrums herum, das
durch die Fourier-Analyse erzeugt wird.
11. Schwingungsmeßeinrichtung, die einen Laserresonator
aufweist, in welchem ein Laserstrahl schwingt, und in
dem eine Eigenmischung eines rückkehrenden Strahls, der
erhalten wird, wenn der schwingende, ausgesandte Strahl
durch den gemessenen Gegenstand reflektiert wird, mit
einem Strahl hervorgerufen wird, der schwingt und
ausgesandt wird, wenn der rückkehrende Strahl empfangen
wird, eine Lasertreibersteuerung zum Steuern des
Betriebs des Laserresonators unter Verwendung eines
Lasertreiberstroms mit einer vorbestimmten Signalform
und Periode, und einen Signalprozessor zum Detektieren
von Schwebungswellen, welche eine modulierte
Schwebungsfrequenz entsprechend einer Frequenzdifferenz
zwischen dem ausgesandten Strahl und dem zurückkehrenden
Licht aufweisen, wobei die Differenz in dem Resonator
auftritt, abhängig von Änderungen der
Schwingungsfrequenz des Laserstrahls, hervorgerufen
durch zeitliche Änderungen des Lasertreiberstroms, und
von der Hin- und Herlaufzeit des ausgesandten Strahls
zwischen dem Aussenden des ausgesandten Strahls und dem
Empfang des rückkehrenden Strahls,
wobei der Signalprozessor eine
Dopplerfrequenzberechnungsvorrichtung zum Berechnen
einer Differenz zwischen der Frequenz der
Schwebungswellen und der modulierten Schwebungsfrequenz
aufweist, als Dopplerfrequenz, die von der
Geschwindigkeit des gemessenen Gegenstands abhängt, und
eine Bewegungsgeschwindigkeitsberechnungsvorrichtung zur
Berechnung der Geschwindigkeit des gemessenen
Gegenstands auf der Grundlage der Dopplerfrequenz, die
von der Dopplerfrequenzberechnungsvorrichtung berechnet
wird.
12. Schwingungsmeßeinrichtung, die mehrere Laserresonatoren
aufweist, in denen ein Laserstrahl schwingt, und in
denen eine Eigenmischung eines rückkehrenden Strahls,
der erhalten wird, wenn der schwingende, ausgesandte
Strahl durch den gemessenen Gegenstand reflektiert wird,
mit einem Strahl hervorgerufen wird, der schwingt und
ausgesandt wird, wenn der rückkehrende Strahl empfangen
wird, eine Lasertreibersteuerung zum Steuern des
Betriebs jedes der mehreren Laserresonatoren unter
Verwendung eines entsprechenden Lasertreiberstroms mit
entsprechender vorbestimmter Signalform und Phase, und
einen Signalprozessor, der dazu dient, als modulierte
Schwebungsfrequenz eine Frequenzdifferenz zwischen dem
ausgesandten Strahl und dem rückkehrenden Strahl
einzusetzen, die in jedem der mehreren Resonatoren
auftritt, um Schwebungswellen zu detektieren, denen eine
Dopplerfrequenz überlagert ist, wobei die
Dopplerfrequenz von der Bewegungsgeschwindigkeit des
gemessenen Gegenstands abhängt,
wobei der Signalprozessor einen Schwebungswellenselektor
zur Auswahl jener Schwebungswellen aufweist, die in
jedem der mehreren Resonatoren auftreten, und in einem
der Resonatoren auftreten, der keine nicht konstante
Periode aufweist, wenn die modulierte Schwebungsfrequenz
nicht konstant ist, entsprechend der Phase und der
Periode des Lasertreiberstroms, und eine
Schwingungsinformationserzeugungsvorrichtung zum
Erzeugen von Schwingungsinformation in Bezug auf den
gemessenen Gegenstand auf der Grundlage der
Schwebungswellen, die durch den
Schwebungswellenauswahlabschnitt ausgewählt werden.
13. Schwingungsmeßeinrichtung, die mehrere Laserresonatoren
aufweist, in denen ein Laserstrahl schwingt, und in
denen eine Eigenmischung eines rückkehrenden Strahls,
der erhalten wird, wenn der schwingende, ausgesandte
Strahl durch den gemessenen Gegenstand reflektiert wird,
mit einem Strahl hervorgerufen wird, der schwingt und
ausgesandt wird, wenn der rückkehrende Strahl empfangen
wird, eine Lasertreibersteuerung zum Steuern des
Betriebs jedes der mehreren Laserresonatoren unter
Verwendung eines entsprechenden Lasertreiberstroms mit
entsprechender vorbestimmter Signalform und Phase, und
einen Signalprozessor, der dazu dient, als modulierte
Schwebungsfrequenz eine Frequenzdifferenz zwischen dem
ausgesandten Strahl und dem rückkehrenden Strahl
einzusetzen, die in jedem der mehreren Resonatoren
auftritt, um Schwebungswellen zu detektieren, denen eine
Dopplerfrequenz überlagert ist, die von der
Bewegungsgeschwindigkeit des gemessenen Gegenstands
abhängt,
wobei der Signalprozessor eine Korrekturvorrichtung für
nicht konstante Perioden zum Entfernen nicht konstanter
Schwebungswellen aus nicht konstanten Perioden aufweist,
wenn die modulierte Schwebungsfrequenz entsprechend der
Phase und Periode des Lasertreiberstroms nicht konstant
ist, und eine
Schwingungsinformationserzeugungsvorrichtung zum
Erzeugen von Schwingungsinformation in Bezug auf den
gemessenen Gegenstand auf der Grundlage der
Schwebungswellen, die von der Korrektureinheit für nicht
konstante Perioden korrigiert wurden.
14. Schwingungsmeßverfahren, das einen
Laserstrahlaussendeschritt aufweist, in welchem ein
Laserstrahl zu einem gemessenen Gegenstand unter
Verwendung eines Laserresonators ausgesandt wird, einen
Rückkehrstrahlempfangsschritt, bei welchem ein Teil
eines rückkehrenden Strahls zurückkehrt, der durch den
gemessenen Gegenstand gestreut und reflektiert wurde,
nachdem er in dem Laserstrahlaussendeschritt ausgesandt
wurde, und sich dann über eine vorbestimmte optische
Weglänge bewegt hat, und einen
Schwebungswellendetektorschritt zum Detektieren von
Schwebungswellen, die eine Doppler-Schwebungsfrequenz
aufweisen, die eine modulierte Schwebungsfrequenz
entsprechend einer Frequenzdifferenz zwischen dem
zurückkehrenden Licht, das in dem
Rückkehrstrahlempfangsschritt empfangen wird, und einem
Strahl enthält, der ausgesandt wird, wenn der
rückkehrende Strahl empfangen wird, und eine
Dopplerfrequenz enthält, die von der
Bewegungsgeschwindigkeit des gemessenen Gegenstands
abhängt, wobei das Verfahren weiterhin umfaßt:
einen Schwingungsinformationserzeugungsschritt, in welchem nach dem Schwebungswellendetektorschritt Schwingungsinformation in Bezug auf den gemessenen Gegenstand erzeugt wird, auf der Grundlage der modulierten Schwebungsfrequenz und der Doppler-Schwebungsfrequenz.
einen Schwingungsinformationserzeugungsschritt, in welchem nach dem Schwebungswellendetektorschritt Schwingungsinformation in Bezug auf den gemessenen Gegenstand erzeugt wird, auf der Grundlage der modulierten Schwebungsfrequenz und der Doppler-Schwebungsfrequenz.
15. Schwingungsmeßverfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß ein
Treiberstromsignalformeinstellschritt vorgesehen ist, in
welchem vor und nach dem Laserstrahlaussendeschritt eine
Signalform und eine Periode eines Treiberstroms für den
Laserresonator eingestellt werden, in Abhängigkeit von
einer vorbestimmten Sollmodulationsschwebungsfrequenz
und der optischen Weglänge.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000-069088 | 2000-03-13 | ||
JP2000069088A JP3671805B2 (ja) | 2000-03-13 | 2000-03-13 | 振動計測装置及び方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10111974A1 true DE10111974A1 (de) | 2001-10-11 |
DE10111974B4 DE10111974B4 (de) | 2007-04-12 |
Family
ID=18588041
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10111974A Expired - Fee Related DE10111974B4 (de) | 2000-03-13 | 2001-03-13 | Einrichtung und Verfahren zur Schwingungsmessung |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6470753B2 (de) |
JP (1) | JP3671805B2 (de) |
DE (1) | DE10111974B4 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017042365A1 (de) * | 2015-09-09 | 2017-03-16 | Sauer Gmbh | Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer schwingungsamplitude eines werkzeugs |
Families Citing this family (33)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6892568B2 (en) * | 2003-02-03 | 2005-05-17 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Noise detection system and method |
US7134341B2 (en) * | 2003-04-28 | 2006-11-14 | Zuli Holdings Ltd | Methods and devices for determining the resonance frequency of passive mechanical resonators |
US8162839B2 (en) * | 2003-08-27 | 2012-04-24 | Microtech Medical Technologies Ltd. | Protected passive resonating sensors |
US7415883B2 (en) * | 2004-06-28 | 2008-08-26 | Zuli Holdings Ltd | Method for protecting resonating sensors and open protected resonating sensors |
CN1327200C (zh) * | 2004-06-15 | 2007-07-18 | 北京航空航天大学 | 数字激光图像测振仪 |
CN101394783B (zh) * | 2004-09-21 | 2014-03-19 | 数字信号公司 | 远程监视生理机能的系统和方法 |
JP5172077B2 (ja) * | 2005-05-06 | 2013-03-27 | アズビル株式会社 | 距離・速度計および距離・速度計測方法 |
US7533572B2 (en) * | 2006-08-15 | 2009-05-19 | Siemens Energy, Inc. | High bandwidth fiber optic vibration sensor |
EP1953567A3 (de) * | 2007-01-25 | 2010-09-22 | Yamatake Corporation | Zählvorrichtung, Distanzmesser, Zählverfahren und Distanzmessungsverfahren |
US7649631B2 (en) * | 2007-06-06 | 2010-01-19 | Yamatake Corporation | Distance/speed meter and distance/speed measuring method |
JP5753686B2 (ja) * | 2007-06-27 | 2015-07-22 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | 光センサ・モジュール及びその製造方法 |
JP5096123B2 (ja) * | 2007-12-12 | 2012-12-12 | アズビル株式会社 | 距離・速度計および距離・速度計測方法 |
JP5081776B2 (ja) * | 2008-09-22 | 2012-11-28 | アズビル株式会社 | 振動周波数計測装置および振動周波数計測方法 |
JP5081778B2 (ja) * | 2008-09-25 | 2012-11-28 | アズビル株式会社 | 振動振幅計測装置および振動振幅計測方法 |
JP5596915B2 (ja) * | 2008-10-21 | 2014-09-24 | アズビル株式会社 | 物理量センサおよび物理量計測方法 |
JP5541774B2 (ja) * | 2008-12-08 | 2014-07-09 | アズビル株式会社 | 物理量センサおよび物理量計測方法 |
JP5421669B2 (ja) * | 2009-06-23 | 2014-02-19 | アズビル株式会社 | 振幅算出装置および振幅算出方法 |
JP5426345B2 (ja) * | 2009-12-04 | 2014-02-26 | アズビル株式会社 | 振動振幅計測装置および振動振幅計測方法 |
US8537341B2 (en) | 2010-03-16 | 2013-09-17 | Azbil Corporation | Physical quantity sensor and physical quantity measuring method |
US9291604B2 (en) * | 2010-06-15 | 2016-03-22 | National University Corporation Hokkaido University | Method for measurement of vibration property of structure, and vibration property measurement device |
DE102010030549B4 (de) * | 2010-06-25 | 2016-04-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Nichtdispersiver Gasanalysator |
JP2012125135A (ja) * | 2010-07-27 | 2012-06-28 | Nihon Densan Seimitsu Kk | 振動発生装置 |
US8949085B2 (en) * | 2011-10-28 | 2015-02-03 | General Electric Company | System and method for obtaining and de-noising vibratory data |
DE102012219254B4 (de) * | 2012-10-22 | 2015-01-29 | Sauer Ultrasonic Gmbh | Versorgungsschaltung, Versorgungssystem, Werkzeugaktor, Werkzeug |
US10031246B2 (en) * | 2012-11-15 | 2018-07-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | RF-photonic system for acoustic and/or vibrational sensing using optical fiber and method thereof |
EP3169218B1 (de) | 2014-07-17 | 2019-11-27 | I Sonic Medical Corporation S.A.S | Messung der okularen parameter mittels im auge induzierter schwingungen |
JP6079739B2 (ja) * | 2014-09-25 | 2017-02-15 | トヨタ自動車株式会社 | レーザー走査速度の測定方法 |
US10808898B2 (en) * | 2015-03-26 | 2020-10-20 | Tiger Tech Industries | Solar powered light assembly with sensor |
US11026066B2 (en) * | 2017-09-14 | 2021-06-01 | Airmagnet, Inc. | Determining wireless network device location |
CN108593768B (zh) * | 2018-01-31 | 2020-09-01 | 徐州工程学院 | 一种用于四氯化碳处理设备中消音管焊缝检测平台 |
CN109324115A (zh) * | 2018-09-01 | 2019-02-12 | 哈尔滨工程大学 | 一种混响水池中评价充液管路消声器的方法 |
CN110186551B (zh) * | 2019-06-20 | 2020-09-29 | 厦门大学 | 基于自混合干涉的方波变换振幅测量装置及方法 |
CN114184271B (zh) * | 2021-11-30 | 2023-06-27 | 西安航天动力研究所 | 基于运动放大和数字图像相关的高频振型识别方法及系统 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3958881A (en) | 1970-11-18 | 1976-05-25 | Raytheon Company | Method of operating a laser oscillator and amplifier |
DE4006690C2 (de) | 1990-03-03 | 1994-07-28 | Mesacon Ges Fuer Mestechnik Mb | Verfahren und Anordnung zur Messung der Geschwindigkeit einer bewegten Oberfläche mittels eines von einem Laser ausgehenden Meßlichtstrahls |
US5680212A (en) | 1996-04-15 | 1997-10-21 | National Research Council Of Canada | Sensitive and fast response optical detection of transient motion from a scattering surface by two-wave mixing |
US5827971A (en) | 1996-05-31 | 1998-10-27 | Lockheed Martin Idaho Technologies Company | Optical vibration detection spectral analysis assembly and method for detecting vibration in an object of interest |
DE19707773C2 (de) | 1997-02-26 | 2000-05-25 | Kayser Threde Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen der Phasendifferenz zwischen interferierenden Strahlen |
JPH11287699A (ja) | 1998-03-31 | 1999-10-19 | Suzuki Motor Corp | 振動測定装置及び振動計測用プログラムを記憶した記憶媒体 |
-
2000
- 2000-03-13 JP JP2000069088A patent/JP3671805B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-03-07 US US09/799,617 patent/US6470753B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-03-13 DE DE10111974A patent/DE10111974B4/de not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017042365A1 (de) * | 2015-09-09 | 2017-03-16 | Sauer Gmbh | Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer schwingungsamplitude eines werkzeugs |
US10821568B2 (en) | 2015-09-09 | 2020-11-03 | Sauer Gmbh | Method and device for determining a vibration amplitude of a tool |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3671805B2 (ja) | 2005-07-13 |
US20010032514A1 (en) | 2001-10-25 |
US6470753B2 (en) | 2002-10-29 |
JP2001255202A (ja) | 2001-09-21 |
DE10111974B4 (de) | 2007-04-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE10111974B4 (de) | Einrichtung und Verfahren zur Schwingungsmessung | |
DE10106801B4 (de) | Schwingungsmessverfahren und Frequenzmessvorrichtung | |
DE102007059551B4 (de) | Einrichtung und Verfahren zur Messung der Eigenschaften einer Lichtleitfaser | |
EP0010064B1 (de) | Verfahren zur elektrooptischen Distanzmessung sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens | |
EP0776465B1 (de) | Laservibrometer für schwingungsmessungen | |
DE19811550C2 (de) | Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Frequenzsignalen | |
US6301968B1 (en) | Vibration measurement method and apparatus | |
DE19944018B4 (de) | Architektur für ein Luftturbulenz-kompensiertes Zwei-Wellenlängen-Heterodyninterferometer | |
DE3113025A1 (de) | "verfahren und vorrichtung zur dickenkontrolle bzw.-messung von materialschichten" | |
DE4443069C2 (de) | Verfahren zur Messung von Strömungsvektoren in Gasströmungen | |
DE19537647C1 (de) | Verfahren und Anordnung zur Messung physikalischer Größen von lichtstreuenden bewegten Teilchen mittels eines Laser-Doppler-Anemometers | |
DE4400680C2 (de) | Vorrichtung zur Bestimmung von Abstandsänderungen eines Objekts | |
DE10306050A1 (de) | Radar | |
EP0303156B1 (de) | Verfahren für die Laser-Doppler-Anemometrie | |
WO2020169845A1 (de) | Interferometrische distanzmessung auf basis von laufzeitunterschieden | |
JPH11287859A (ja) | レーザ距離計 | |
DE10346379B4 (de) | Verfahren zum Bestimmen des Frequenzgangs eines elektrooptischen Bauelements | |
EP0941448B1 (de) | Verfahren zum interferometrischen messen von positionen, positionsänderungen und daraus abgeleiteter physikalischer grössen | |
DE2945172A1 (de) | Verfahren und geraet zur bestimmung der konzentration eines gases in einem gasgemisch, insbesondere des kohlendioxidgehaltes | |
EP1524534B1 (de) | Optischer Sensor | |
DE3816755C3 (de) | Vorrichtung zum berührungslosen Erfassen der durch Ultraschallwellen verursachten Oberflächenauslenkung eines Prüflings | |
DE10053444A1 (de) | Einrichtung und Verfahren zur Messung der Lichtwellenlängendispersion | |
WO2010025846A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur geschwindigkeitsmessung | |
EP3163292A1 (de) | Laserspektrometer und verfahren zum betrieb eines laserspektrometers | |
DE19902455A1 (de) | Abstandsmeßverfahren und -vorrichtung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |