JP2000186956A - Optical fiber vibration mode sensor - Google Patents

Optical fiber vibration mode sensor

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JP2000186956A
JP2000186956A JP10376411A JP37641198A JP2000186956A JP 2000186956 A JP2000186956 A JP 2000186956A JP 10376411 A JP10376411 A JP 10376411A JP 37641198 A JP37641198 A JP 37641198A JP 2000186956 A JP2000186956 A JP 2000186956A
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JP
Japan
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vibration
mode
optical fiber
vibration mode
signal
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JP10376411A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiromasa Senba
浩雅 仙波
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Ehime Prefecture
Original Assignee
Ehime Prefecture
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Publication date
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To extract only the specified arbitrary vibration mode signal components from among vibration signals of a beam structure in which many vibration modes are superposed to vibrate complicatedly, in order to constitute a simple and sure vibration control system. SOLUTION: Monochromatic light emitted from a laser beam source 4 is coupled to a single mode fiber 6 by a condenser lens 5 to be transmitted to a two-mode optical fiber sensor 2 attached to a beam structure 1 via splice tool 7. A dual-mode optical fiber bonded to a surface and a reverse face of a beam alternately in order to correspond to positive and negative codes of a twice differentiated value related to the position of a vibration mode intended to be extracted in the beam structure 1. A light intensity signal provided from an emitting end of the dual-mode optical fiber is converted into an electric signal of monovibration mode required for control by a photodetector 8, a by-pass filter 9 and a signal amplifier 10.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、構造物から発せ
られる振動・音響を能動的に制御する場合において、制
御を簡素で効果的に行うために、構造物の複雑な振動波
形の中から特定の振動モード振動信号のみを抽出するフ
ィルタ機能を有する振動センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of actively controlling vibration and sound emitted from a structure, in order to perform the control simply and effectively, by specifying a complex vibration waveform of the structure. The present invention relates to a vibration sensor having a filter function for extracting only the vibration mode vibration signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】能動的な振動・音響制御システムは、シ
ステム内にセンサ機能、プロセッサ機能およびアクチュ
エータ機能を有し、振動や音響に関するセンサ信号をあ
る制御アルゴリズムに基づいてプロセッサが演算を行
い、その信号をアクチュエータに付加することで、セン
サ信号が小さくなるよう制御を行う。
2. Description of the Related Art An active vibration / sound control system has a sensor function, a processor function, and an actuator function in the system, and a processor calculates a sensor signal related to vibration and sound based on a certain control algorithm. By adding a signal to the actuator, control is performed to reduce the sensor signal.

【0003】さて、構造物はそれが固有に持つ振動モー
ドが重畳する形で振動するため、一般に振動波形は複雑
になる。この振動を通常のセンサで検出し、制御を行お
うとすると、センサの配置に起因する振動データの欠落
や、プロセッサで行う複雑な振動データ処理・演算が実
時間で間に合わないなどの問題により、制御が不十分で
あった。
[0003] Since a structure vibrates in a form in which vibration modes inherent to the structure are superimposed, a vibration waveform is generally complicated. If this vibration is detected by a normal sensor and control is attempted, the control will be performed due to problems such as lack of vibration data due to the sensor arrangement and complicated vibration data processing / computation performed by the processor in real time. Was inadequate.

【0004】そこで、現在の能動的な振動制御方法は、
迅速で確実な制御を行うことを目的に、構造物の振動を
構成する複数の振動モード振動成分を振動モード毎に抽
出し、各々の振動モードに対して制御を行おうとするモ
ード別制御が注目され、振動モードを抽出できるセンサ
の開発が行われている。
Therefore, the current active vibration control method is as follows.
In order to perform quick and reliable control, multiple vibration mode components that compose the vibration of a structure are extracted for each vibration mode, and control by mode, which attempts to control each vibration mode, has attracted attention. A sensor capable of extracting a vibration mode has been developed.

【0005】上記に関し、加速度ピックアップに代表さ
れる従来のポイントセンサでは、構造物の任意の振動モ
ード成分のみを抽出するためには励起されている振動モ
ードの個数に相当するセンサ数が必要で、かつセンサ信
号に重み付けする必要があることから個々のセンサから
得られる信号を乗加算するための回路や演算器を必要と
するため、結果として高価で複雑なセンサ部が形成され
ていた。
With respect to the above, in a conventional point sensor represented by an acceleration pickup, in order to extract only an arbitrary vibration mode component of a structure, the number of sensors corresponding to the number of excited vibration modes is required. In addition, since it is necessary to weight sensor signals, a circuit and an arithmetic unit for multiplying and adding signals obtained from individual sensors are required. As a result, an expensive and complicated sensor unit is formed.

【0006】また、分布定数系センサを代表する光ファ
イバでは、光ファイバ製造時のコア引き抜き速度変化や
異種材ドープを施すことにより、コア・クラッドの径や
屈折率を位置的に変化させることでセンサ感度を目的と
する関数に合致するよう空間的に変化させることによ
り、上記の演算をアナログ的に行おうとする試みがある
が、センサ感度を微妙に調整することが非常に困難で、
かつセンサ製造に莫大な費用を要する。
In an optical fiber representing a distributed constant sensor, the diameter and refractive index of the core / cladding are changed by changing the core drawing speed during the production of the optical fiber or by doping with a different material. There is an attempt to perform the above calculation in an analog manner by spatially changing the sensor sensitivity to match the target function, but it is very difficult to finely adjust the sensor sensitivity.
In addition, huge costs are required for manufacturing the sensor.

【0007】従って、センサ部において、市場に流通す
る市販の光ファイバで簡易に所望の振動モード信号を抽
出できれば、簡素かつ実用的でコストの安い振動モード
フィルタが構築できることから産業上大いに有効であ
る。
Therefore, if a desired vibration mode signal can be easily extracted from a sensor unit with a commercially available optical fiber on the market, a simple, practical and inexpensive vibration mode filter can be constructed, which is very effective in industry. .

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】この発明は、はりの構
造物が複数個の振動モードが重畳した形で振動する場
合、複数個の周波数成分を有する振動信号の中から特定
の振動モードの信号成分のみの抽出を市販の光ファイバ
一本を用いて簡単な設置方法で実現でき、その結果、簡
素な振動制御系の構築を容易にする。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, when a beam structure vibrates in a form in which a plurality of vibration modes are superimposed, a signal of a specific vibration mode is selected from among vibration signals having a plurality of frequency components. Extraction of only components can be realized by a simple installation method using one commercially available optical fiber, and as a result, it is easy to construct a simple vibration control system.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の前記課題は、市
販の2モード光ファイバを用い、はり構造物の表面(表
面及びその裏面)の特定の箇所にのみ取付けることで効
果的に解決できる。
The above object of the present invention can be effectively solved by using a commercially available two-mode optical fiber and attaching it only to specific positions on the front surface (front surface and back surface) of a beam structure. .

【0010】ここで、2モード光ファイバとは、光ファ
イバのコア内を伝搬する光波の形態が2つのモード、す
なわちLP01モードとLP11モードのみに限定され
る光ファイバを意味する。
[0010] Here, the two-mode optical fiber means an optical fiber in which the form of a light wave propagating in the core of the optical fiber is limited to only two modes, that is, LP01 mode and LP11 mode.

【0011】すなわち、本発明は、抽出したい振動モー
ドに関するモード関数に着目し、このモード関数を位置
に関して2階微分した関数が正の値を有する区間では、
はり構造物の表面に、また値が負の値を有する区間では
その裏面へと、交互に取付けることにより、1本の2モ
ード光ファイバでほぼ目的とする振動モードの振動信号
のみを抽出できることを特徴とした振動モードセンサで
あり、特に3次以上の振動モード振動信号成分の抽出に
効果的である。
That is, the present invention focuses on a mode function relating to a vibration mode to be extracted, and in a section in which a function obtained by second-order differentiating this mode function with respect to position has a positive value,
By mounting alternately on the front side of the beam structure and on the back side in the section where the value has a negative value, it is possible to extract almost only the vibration signal of the target vibration mode with one two-mode optical fiber. This is a characteristic vibration mode sensor, and is particularly effective for extracting a third or higher-order vibration mode vibration signal component.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施例を参照
して本発明に係る光ファイバ振動モードセンサを更に詳
細に説明する。図1は本発明の光ファイバ振動モードセ
ンサの一実施例の概要を示す斜視図であり、はりの最も
代表的である片持はりを例にとって示している。図2は
本発明の最も重要な部分である片持はり1、2モード光
ファイバ2、固定部3を上から見た図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an optical fiber vibration mode sensor according to the present invention will be described in more detail with reference to embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an outline of an embodiment of an optical fiber vibration mode sensor according to the present invention, and shows an example of a cantilever beam which is the most typical beam. FIG. 2 is a top view of a cantilever beam 1, a two-mode optical fiber 2, and a fixing part 3, which are the most important parts of the present invention.

【0013】装置は大別して、光ファイバに単色光を導
入するための光源部、振動センサとなる得る2モード光
ファイバまで単色光を誘導するためのシングルモードフ
ァイバ部、振動を検出するための2モード光ファイバ
部、および、信号処理部から成る。
The apparatus is roughly divided into a light source unit for introducing monochromatic light into an optical fiber, a single mode fiber unit for guiding monochromatic light to a two-mode optical fiber which can be a vibration sensor, and a unit for detecting vibration. It comprises a mode optical fiber section and a signal processing section.

【0014】He−Neレーザ光源4により生成された
波長633nmの単色光が、凸レンズ5により集光さ
れ、シングルモードファイバ6のコア内に導入される。
単色光はシングルモードファイバ6を伝搬し、スプライ
ス具(連結部)7を介し、2モード光ファイバ2に伝搬
される。
[0014] Monochromatic light having a wavelength of 633 nm generated by the He-Ne laser light source 4 is condensed by the convex lens 5 and introduced into the core of the single mode fiber 6.
The monochromatic light propagates through the single-mode fiber 6 and propagates to the two-mode optical fiber 2 via a splice device (connecting portion) 7.

【0015】ここで、シングルモードファイバとは、そ
のコア内を伝搬する光の形態が唯一LP01モードのみ
である光ファイバを意味する。
Here, the single mode fiber means an optical fiber in which the form of light propagating in the core is only the LP01 mode.

【0016】片持はり構造物1は固定部3により両側よ
り締め付けられており、片持はり構造部1の固定部3と
の接合面には、2モード光ファイバ2を通すために、固
定部3内に溝を掘っている。片持はり構造物1に貼付さ
れた2モード光ファイバ2を通過した光の光強度は、フ
ォトディテクタ8により電圧信号に変換・増幅され、信
号の直流成分がハイパスフィルタ9により除去され、ア
ンプ10により信号が増幅され、結果、光強度信号の変
化分が出力される。
The cantilever beam structure 1 is clamped from both sides by a fixing portion 3. The fixing portion 3 of the cantilever beam structure portion 1 is fixed to the fixing portion 3 so that the two-mode optical fiber 2 can pass therethrough. A trench is dug in 3. The light intensity of the light passing through the two-mode optical fiber 2 attached to the cantilever beam structure 1 is converted and amplified into a voltage signal by a photodetector 8, a DC component of the signal is removed by a high-pass filter 9, and an amplifier 10 The signal is amplified, and as a result, a change in the light intensity signal is output.

【0017】本発明において、2モード光ファイバ2の
片持はり構造物1への取付方法は特には制約はないが、
接着強度が高く、厚みが数ミクロンの両面テープを使用
するか、あるいは、はりの表面に2モード光ファイバ2
が挿入できる光ファイバ径くらいの浅い溝を掘り、その
中に2モード光ファイバ2を組み込むことが望ましい。
In the present invention, the method of attaching the two-mode optical fiber 2 to the cantilever structure 1 is not particularly limited.
Use a double-sided tape with a high adhesive strength and a thickness of several microns, or use a two-mode optical fiber
It is desirable to dig a shallow groove having a diameter of an optical fiber into which the optical fiber can be inserted, and to incorporate the two-mode optical fiber 2 therein.

【0018】そして、2モード光ファイバ2の表面から
裏面あるいは裏面から表面への取付け変更箇所において
は、光ファイバが損傷しない程度のループを作り、この
部分は構造物に接合しないように注意する。ループ部は
片持はり構造物1の歪を受けないため、ループの大きさ
は適当でも構わないが、2モード光ファイバ2のセンサ
材としての必要量を抑えるためにできるだけ小さくする
のが望ましい。
At the place where the attachment of the two-mode optical fiber 2 is changed from the front surface to the back surface or from the back surface to the front surface, a loop is formed to the extent that the optical fiber is not damaged, and care is taken not to join this portion to the structure. Since the loop portion does not receive the distortion of the cantilever structure 1, the size of the loop may be appropriate, but it is desirable that the loop portion be as small as possible in order to suppress the required amount of the two-mode optical fiber 2 as a sensor material.

【0019】さらに、2モード光ファイバ2を片持はり
構造物1に取付けない部分、すなわち構造物までの光フ
ァイバ導入部分と構造物から光強度を測定するためのデ
ィテクタ部および上述のループ部では、歪の影響が少な
いシングルモードファイバ6を2モード光ファイバ2に
連結することも可能であり、また有効である。
Further, in the portion where the two-mode optical fiber 2 is not attached to the cantilever structure 1, that is, the optical fiber introduction portion up to the structure, the detector for measuring the light intensity from the structure and the above-mentioned loop portion. It is also possible and effective to connect the single mode fiber 6 with little influence of distortion to the two mode optical fiber 2.

【0020】加えて、2モード光ファイバ2は、太さ
(径)に制約はないが、径が大きく、単位長さ当たりの
剛性が大きくなると、構造物に取付けた場合、構造物の
振動形態を変化させてしまう恐れがあるため、径は小さ
いほどよい。コア径3μm、クラッド径125μm、被
覆径250μm程度の市販の光ファイバであれば、厚み
0.1mm以上の金属製あるいはそれと同等の剛性を有
する材料で構成される片持はりに対し、なんら問題はな
い。
In addition, although the thickness (diameter) of the two-mode optical fiber 2 is not limited, if the diameter is large and the rigidity per unit length is large, when the two-mode optical fiber 2 is attached to a structure, the vibration mode of the structure The smaller the diameter, the better. With a commercially available optical fiber having a core diameter of 3 μm, a cladding diameter of 125 μm, and a coating diameter of about 250 μm, there is no problem with a cantilever made of a metal having a thickness of 0.1 mm or more or a material having the same rigidity. Absent.

【0021】それでは、本発明で特に重要である2モー
ド光ファイバ2の片持はり構造物1に対する設置方法を
説明する。
Next, a method of installing the two-mode optical fiber 2 on the cantilever structure 1 which is particularly important in the present invention will be described.

【0022】[0022]

【実施例】設置方法を明確にするため、片持はり1の長
手軸方向をZ軸とし、片持はり1と固定部3の接合部の
位置をゼロ、片持はりの自由端部位置を1.0と正規化
し、光ファイバを取付けるべき位置について述べる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to clarify the installation method, the longitudinal direction of the cantilever 1 is defined as the Z-axis, the position of the joint between the cantilever 1 and the fixed part 3 is zero, and the free end of the cantilever 1 is determined. The position where the optical fiber should be attached is described by normalizing to 1.0.

【0023】実施例1:3次振動モードの位置に関する
2階微分値がゼロの値を取るのは、位置が0.132、
0.496、1.000の3点である。本発明におい
て、位置が0.000から0.132までは片持はりの
表面に、0.132から0.496までは裏面に、また
0.496から1.000までは再び表面にいずれの区
間も片持はりの長手方向に対し、平行で直線的に貼付す
るだけでも3次振動モードの信号成分は他のモード成分
と比較して非常に大きく検出できるが、取付位置を以下
のように変更すると、なお効果的な3次振動モードの抽
出が可能である。すなわち、位置が0.000から0.
132までは、表面に、0.151から0.457まで
は裏面に、0.523から0.935までは再び表面に
貼付すれば、3次振動モードの抽出効率が特によくな
る。
Embodiment 1: The second derivative with respect to the position of the third vibration mode takes a value of zero because the position is 0.132,
0.496 and 1.000. In the present invention, if the position is from 0.000 to 0.132 on the front surface of the cantilever, from 0.132 to 0.496 on the back surface, and from 0.496 to 1.000 on the front surface again, The signal component of the tertiary vibration mode can be detected very large compared to other mode components by simply pasting it in parallel to the longitudinal direction of the cantilever, but the mounting position is changed as follows Then, still more effective extraction of the third vibration mode is possible. That is, the position is from 0.000 to 0.
The extraction efficiency of the tertiary vibration mode can be particularly improved by pasting on the front surface up to 132, on the back surface from 0.151 to 0.457, and again on the front surface from 0.523 to 0.935.

【0024】上記の方法における3次振動モード振動信
号の抽出効果を測定した。ここで、片持はり構造物1と
して、厚み3mm、幅40mm、長さ500mmのアル
ミ製板を用い、500mmの長さの内100mmをバイ
ス構造をもつ固定部3でつかみ、長さ400mmの片持
はりとなるようにした。片持はり構造物1の固定部3か
ら15mm離れた点をインパルスハンマで衝撃加振した
場合の加振力に対する光ファイバ出力信号の周波数伝達
関数を測定した。なお、比較のために、片持はり1の自
由端付近に約1mm離して非接触式ギャップセンサを設
置し、インパルス加振時における加振力に対するギャッ
プセンサ出力信号の周波数伝達関数も測定した。
The effect of extracting the third-order vibration mode vibration signal in the above method was measured. Here, as the cantilever structure 1, an aluminum plate having a thickness of 3 mm, a width of 40 mm, and a length of 500 mm is used, and 100 mm of the length of 500 mm is gripped by the fixing part 3 having a vice structure. It was made to carry. A frequency transfer function of an optical fiber output signal with respect to a vibrating force when a point 15 mm away from the fixed portion 3 of the cantilever beam structure 1 was shocked by an impulse hammer was measured. For comparison, a non-contact type gap sensor was installed near the free end of the cantilever 1 at a distance of about 1 mm, and the frequency transfer function of the gap sensor output signal with respect to the exciting force during the impulse excitation was also measured.

【0025】ここで、解析周波数範囲は、1000Hz
までとした。この周波数範囲に含まれる当片持はり構造
物1の固有値は5つ存在する。よって、抽出を目的とす
る3次振動モード成分の大きさに対する他の振動モード
信号成分の大きさを評価した。
Here, the analysis frequency range is 1000 Hz
Up to. There are five eigenvalues of the cantilever beam structure 1 included in this frequency range. Therefore, the magnitude of another vibration mode signal component with respect to the magnitude of the third vibration mode component for the purpose of extraction was evaluated.

【0026】表1は、抽出の目的とする3次振動モード
に関する振動振幅を0dBとした場合に、他の振動モー
ドに関する振動振幅が3次振動モード成分と比較して、
どれくらいになるのかを表した表である。0dBは3次
振動モード成分と等しい振動振幅であることを、また、
−20dBは3次の振動モード成分と比較すると、振動
振幅が1/10であることを示す。
Table 1 shows that, when the vibration amplitude relating to the tertiary vibration mode to be extracted is 0 dB, the vibration amplitude relating to the other vibration modes is compared with the tertiary vibration mode component.
It is a table showing how much it will be. 0 dB is a vibration amplitude equal to the third vibration mode component, and
-20 dB indicates that the vibration amplitude is 1/10 as compared with the third-order vibration mode component.

【0027】なお、通常のセンサによる信号と比較する
ために、表中に、非接触式センサを用いて測定される周
波数伝達関数で、3次振動モードに関する振動振幅を0
dBとした場合の他振動モードの振動振幅の大きさの比
を上記と同様にdBで表した。
In order to compare with a signal from a normal sensor, in the table, the vibration amplitude relating to the third vibration mode is set to 0 in the frequency transfer function measured using the non-contact sensor.
The ratio of the magnitudes of the vibration amplitudes of the other vibration modes in the case of dB is expressed in dB in the same manner as above.

【0028】表1によれば、非接触式センサによる周波
数伝達関数では、1次の振動モード成分の振動振幅が最
も大きく、次いで、2次、3次の順に続く。しかしなが
ら、本発明による方法によれば、3次振動モードの振動
振幅が最も大きく検出されており、目的以外の1、2、
4、5次振動モードの振動振幅は20dB以下となって
いる。
According to Table 1, in the frequency transfer function of the non-contact type sensor, the vibration amplitude of the first-order vibration mode component is the largest, followed by the second and third order. However, according to the method of the present invention, the vibration amplitude of the tertiary vibration mode is detected to be the largest, and 1,2, and
The vibration amplitude in the fourth and fifth vibration modes is 20 dB or less.

【0029】このことは、本発明における光ファイバモ
ードセンサが3次の振動モードに関する振動成分のみを
ほぼ抽出していることを示している。他モードの振動に
比べ、非常に大きな値を検出しているため、他モードに
おける成分は、3次振動モードの信号の中に埋没し、得
られる時間振動波形もほぼ正弦波になるため、振動制御
用の信号としてたいへん有効である。
This indicates that the optical fiber mode sensor according to the present invention substantially extracts only the vibration component related to the third vibration mode. Since a very large value is detected as compared with the vibration in the other mode, the component in the other mode is buried in the signal of the third vibration mode, and the obtained time vibration waveform is almost a sine wave. It is very effective as a control signal.

【0030】さらに、本発明による方法が他の振動モー
ド振動成分にも有効であることを示すために、実施例2
として、4次振動モード振動成分抽出の効果的な方法お
よびその結果を以下に述べる。
Further, in order to show that the method according to the invention is also effective for other vibration mode vibration components, a second embodiment is shown.
An effective method of extracting the fourth-order vibration mode vibration component and the result thereof will be described below.

【0031】実施例2:4次振動モードの位置に関する
2階微分値がゼロの値を取るのは、位置が0.094、
0.356、0.642、1.000の4点である。本
発明において、位置が0.000から0.094までは
片持はり構造物1の表面に、0.094から0.356
までは裏面に、0.356から0.642までは表面
に、0.642から1.000までは裏面に、いずれの
区間も片持はりの長手方向に対し、平行で直線的に貼付
するだけでも4次振動モードの信号成分は他のモード成
分と比較して非常に大きく検出できるが、取付位置を以
下のように変更すると、なお効果的な4次振動モードの
抽出が可能である。すなわち、位置が0.000から
0.094までは、表面に、0.116から0.339
までは裏面に、0.369から0.620までは表面
に、0.656から1.000までは裏面に貼付すれ
ば、4次振動モードの抽出効率が特によくなる。
Embodiment 2: The second derivative with respect to the position of the fourth-order vibration mode takes a value of zero because the position is 0.094,
0.356, 0.642, and 1.000. In the present invention, the position from 0.000 to 0.094 is applied to the surface of the cantilever structure 1 from 0.094 to 0.356.
On the back side, from 0.356 to 0.642 on the front side, from 0.642 to 1.000 on the back side, all sections are simply pasted in parallel to the longitudinal direction of the cantilever in a straight line However, the signal component of the fourth vibration mode can be detected much larger than the other mode components. However, if the attachment position is changed as follows, it is possible to extract the fourth vibration mode more effectively. That is, when the position is from 0.000 to 0.094, the surface is
If it is attached to the back surface until 0.369 to 0.620, and to the back surface from 0.656 to 1.000, the extraction efficiency of the fourth vibration mode is particularly improved.

【0032】上記の方法における4次振動モード抽出効
果を測定した。ここで、片持はり構造物1は、上記と同
一、同サイズであり、効果の測定方法も3次振動モード
抽出の例と同じである。
The fourth-order vibration mode extraction effect in the above method was measured. Here, the cantilever structure 1 has the same size and the same size as described above, and the method of measuring the effect is the same as in the example of the third vibration mode extraction.

【0033】表2に、抽出の目的とする4次振動モード
抽出の結果を示す。例1の場合と同様に、非接触式ギャ
ップセンサによる周波数伝達関数の結果を併記してい
る。
Table 2 shows the results of the fourth-order vibration mode extraction intended for the extraction. As in the case of Example 1, the result of the frequency transfer function by the non-contact gap sensor is also shown.

【0034】表2によれば、4次振動モードに関する振
動振幅の大きさが他の振動モード成分に関する振動振幅
値を大きく上回っており、やはり他の振動モード成分と
比較して20dB以上の差が認められる。これは、本発
明の光ファイバモードセンサが4次振動モードに関する
振動成分のみをほぼ抽出していることに他ならない。
According to Table 2, the magnitude of the vibration amplitude for the fourth vibration mode is significantly larger than the vibration amplitude value for the other vibration mode components, and a difference of 20 dB or more compared to the other vibration mode components also exists. Is recognized. This is nothing but the fact that the optical fiber mode sensor of the present invention substantially extracts only the vibration component related to the fourth vibration mode.

【0035】よって、2モードファイバモードセンサか
ら出力される信号は、ほぼ4次振動モード成分のみとな
り、結果、信号時間波形は4次振動モードの固有振動数
に相当する周波数の正弦波となり、振動制御用の信号と
して十分活用が可能である。
Therefore, the signal output from the two-mode fiber mode sensor is substantially only a fourth-order vibration mode component, and as a result, the signal time waveform becomes a sine wave having a frequency corresponding to the natural frequency of the fourth-order vibration mode. It can be fully used as a control signal.

【0036】以上のような方法で、2モード光ファイバ
を片持はり構造物に貼付すれば、目的とする振動モード
振動成分のみが大きく抽出可能である。モードの次数が
高くなれば、貼付位置はモード関数の2階微分値がゼロ
になる値を利用すればよい。
When the two-mode optical fiber is attached to the cantilever structure in the above-described manner, only the intended vibration mode vibration component can be largely extracted. If the order of the mode becomes higher, a value at which the second order differential value of the mode function becomes zero may be used as the sticking position.

【0037】なお、この方法は対象を片持はりに限定す
ることなく、1次元構造物である両端固定はりや両端単
純支持はりにおいても有効である。
This method is not limited to a cantilever beam, but is also effective for a fixed beam at both ends and a simple support beam at both ends which are one-dimensional structures.

【0038】例えば、図3に示すような両端固定はり構
造物1の場合は、両端固定端位置を0と1.0と正規化
した際に、振動モードの位置に関する2階微分値が0と
なるのは、3次振動モードの場合において、0、0.0
94、0.356、0.644、0.906、1の位置
である。
For example, in the case of the beam structure 1 having fixed ends at both ends as shown in FIG. 3, when the positions of the fixed ends at both ends are normalized to 0 and 1.0, the second order differential value relating to the position of the vibration mode becomes 0. Are 0, 0.0 in the case of the third vibration mode.
94, 0.356, 0.644, 0.906, and 1, respectively.

【0039】よって、上記の方法により、位置が0から
0.094までを表面、0.094から0.356を裏
面、0.356から0.644までを表面、0.644
から0.906までを裏面、0.906から1.0まで
を表面になるように、2モード光ファイバを表裏交互に
長手方向に沿って直線貼付すれば、目的とする3次振動
モードに関する信号成分のみを抽出することができる。
Therefore, according to the above-described method, the positions 0 to 0.094 on the front surface, 0.094 to 0.356 on the back surface, 0.356 to 0.644 on the front surface, 0.644
If a two-mode optical fiber is stuck on the front and back alternately along the longitudinal direction so that the back side is from 0.906 to the back side and the back side is from 0.906 to 1.0, the signal related to the target tertiary vibration mode is obtained. Only the components can be extracted.

【0040】さらに、4次振動モードにおいても、その
モード関数の2階微分値が0となる位置、すなわち、
0、0.073、0.277、0.500、0.72
3、0.927、1.0のそれぞれの区間を表・裏面の
順序で2モード光ファイバ2を貼付すれば4次振動モー
ドに関する信号成分の抽出が可能である。
Further, also in the fourth vibration mode, the position where the second derivative of the mode function becomes 0, that is,
0, 0.073, 0.277, 0.500, 0.72
By attaching the two-mode optical fiber 2 to the sections 3, 0.927, and 1.0 in the order of front and back, it is possible to extract a signal component related to the fourth-order vibration mode.

【0041】図4に示すような両端単純支持はり構造物
1においては、両端の支持部の位置を0と1.0と正規
化すると、3次振動モードの位置に関する2階微分値が
0となるのは、0、0.333、0.666、1.0で
ある。0から0.333までを表面、0.333から
0.666までを裏面、0.666から1までを表面に
交互に貼付することにより、3次振動モードに関する信
号の抽出が可能となる。
In the simple-supported beam structure 1 at both ends as shown in FIG. 4, when the positions of the support portions at both ends are normalized to 0 and 1.0, the second-order differential value with respect to the position of the tertiary vibration mode becomes 0. Are 0, 0.333, 0.666, and 1.0. By alternately attaching 0 to 0.333 to the front surface, 0.333 to 0.666 to the back surface, and 0.666 to 1 to the front surface, it is possible to extract a signal relating to the third vibration mode.

【0042】さらには、両端単純支持はりにおいて、4
次の振動モードの位置に関する2階微分値が0となるの
は、0、0.25、0.50、0.75、1.0であ
り、これらの区間で2モード光ファイバ2を表面・裏面
交互に貼付すれば4次振動モードの信号の抽出が可能で
ある。
Further, in the simple support beam at both ends, 4
The values of the second-order differential with respect to the position of the next vibration mode become 0 at 0, 0.25, 0.50, 0.75, and 1.0. If they are stuck alternately on the back side, it is possible to extract a signal in the fourth vibration mode.

【0043】また、この方法によれば、特定の箇所にの
み直線貼付すればよいため、直線的なノーダルラインを
持つ両端単純支持平板や両端固定平板のような2次元構
造物にも簡単に応用できる利点を持つ。
Further, according to this method, since it is only necessary to apply a straight line only to a specific location, it can be easily applied to a two-dimensional structure such as a simple flat plate at both ends or a fixed plate at both ends having a linear nodal line. It has advantages that can be applied.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明の方法によれば、複雑な形で振動
しているはり構造物の任意の振動モード振動成分の抽出
が可能になる。これにより、光ファイバ振動モードセン
サから出力される信号波形は単純な正弦波で表されるた
め、従来のセンサを用いるだけでは不可能であったフィ
ードバック制御系のような演算回路を要しない簡易な振
動制御系の構築が可能となり、確実に振動制御が行え
る。
According to the method of the present invention, an arbitrary vibration mode vibration component of a beam structure vibrating in a complicated manner can be extracted. As a result, since the signal waveform output from the optical fiber vibration mode sensor is represented by a simple sine wave, a simple operation that does not require an arithmetic circuit such as a feedback control system, which was impossible only by using a conventional sensor, is not required. A vibration control system can be constructed, and vibration control can be reliably performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の一実施形態を示す片持はり構造物に
関する斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a cantilever structure showing one embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す片持はり構造物の上視図である。FIG. 2 is a top view of the cantilever structure shown in FIG.

【図3】この発明の一実施形態を示す両端固定はり構造
物に関する斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of a fixed-end beam structure showing one embodiment of the present invention.

【図4】この発明の一実施形態を示す両端単純支持はり
構造物に関する斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view relating to a beam structure supporting both ends simply showing one embodiment of the present invention.

【符号の説明】 1 はり(構造物) 2 2モード光ファイバ 3 固定部 4 He-Neレーザ光源 5 凸レンズ 6 シングルモードファイバ 7 スプライス具(連結具) 8 フォトディテクタ 9 ハイパスフィルタ 10 アンプ 11 支持部[Description of Signs] 1 Beam (structure) 2 2-mode optical fiber 3 Fixed portion 4 He-Ne laser light source 5 Convex lens 6 Single mode fiber 7 Splice device (connecting device) 8 Photodetector 9 High-pass filter 10 Amplifier 11 Support portion

【表1】 [Table 1]

【表2】 [Table 2]

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 はりの構造物において、光ファイバをは
りの長手方向に平行かつ直線貼付することにより1本の
光ファイバで、目的とする構造物の振動モード振動信号
のみを抽出することを特徴とする光ファイバ振動モード
センサ。
In a beam structure, an optical fiber is attached in a straight line parallel to the longitudinal direction of the beam to extract only a vibration mode vibration signal of a target structure with one optical fiber. Optical fiber vibration mode sensor.
【請求項2】 はりの構造物において、光ファイバを目
的とする振動モード関数の位置に関する2階微分値が正
の値を取る範囲には、はりの表面に、また負の値の場合
にはその裏面に取付けることを特徴とする特許請求の範
囲1項記載の光ファイバ振動モードセンサ。
2. In the beam structure, the second derivative of the position of the vibration mode function for the optical fiber takes a positive value on the surface of the beam, and in the case of a negative value, the second derivative value. The optical fiber vibration mode sensor according to claim 1, wherein the optical fiber vibration mode sensor is attached to the back surface.
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