JP2021056090A - Vibration meter - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、振動計に関するものである。 The present invention relates to a vibrometer.
レーザードップラー振動計は、物体の振動を非接触で測定することが可能な非接触型の振動計である。 The laser Doppler vibrometer is a non-contact type vibrometer that can measure the vibration of an object in a non-contact manner.
振動している物体に光を照射し散乱光を発生させると、散乱光にはドップラー効果による振動成分が重畳される。したがって散乱光を受光し復調することによって物体の振動を測定することが可能となる。 When a vibrating object is irradiated with light to generate scattered light, a vibration component due to the Doppler effect is superimposed on the scattered light. Therefore, it is possible to measure the vibration of an object by receiving and demodulating the scattered light.
レーザードップラー振動計は非接触の測定が可能であるため、従来は困難であった遠方にある物体の振動の測定や高温・高磁場下の物体の振動測定も可能である。このような利点を活かし、さまざまな点検用途に利用されている。 Since the laser Doppler vibrometer can measure non-contact, it is also possible to measure the vibration of a distant object and the vibration of an object under a high temperature and a high magnetic field, which was difficult in the past. Taking advantage of these advantages, it is used for various inspection purposes.
物体の振動を詳細に測定するためには、振動の測定箇所は一点よりも多点の方が好ましい。例えば、道路や橋梁のような大規模な構造物の振動を測定するためには、構造物の一点の振動を観察するよりも多点を観察したほうが包括的な結果を得られるためである。 In order to measure the vibration of an object in detail, it is preferable to measure the vibration at multiple points rather than at one point. For example, in order to measure the vibration of a large-scale structure such as a road or a bridge, it is better to observe multiple points than to observe the vibration of one point of the structure to obtain comprehensive results.
多点計測可能なレーザードップラー振動計として、光コムと呼ばれる等周波数間隔及び同位相の線スペクトル列の光を対象物に略同時に照射し、それぞれの散乱光の位相変化を抽出することによる、多点同時計測可能な振動計がある(例えば、特許文献1、2又は3参照)。
As a laser Doppler vibrometer capable of multi-point measurement, a multi-point measurement is performed by irradiating an object with light of a line spectrum sequence having an equal frequency interval and the same phase, which is called an optical comb, and extracting the phase change of each scattered light. There are vibrometers capable of simultaneous point measurement (see, for example,
この多点同時計測可能な振動計の第1の従来例では、例えば、レーザ光源で生成されたレーザ光を2分岐し、2分岐されたレーザ光から、互いに異なる周波数間隔の2つの光コムを、参照光及び測定光として生成する。そして、参照光又は測定光の中心周波数を周波数シフトさせる。測定光は、測定対象物に略同時に照射され、測定対象物から得られた各散乱光は、参照光と合波され、ヘテロダイン検波される。 In the first conventional example of this multi-point simultaneous measurement vibrometer, for example, a laser beam generated by a laser light source is branched into two, and two optical combs having different frequency intervals are generated from the two-branched laser beam. , Generated as reference light and measurement light. Then, the center frequency of the reference light or the measurement light is frequency-shifted. The measurement light irradiates the measurement object substantially at the same time, and each scattered light obtained from the measurement object is combined with the reference light and heterodyne detection is performed.
また、多点同時計測可能な振動計の第2の従来例では、異なる中心周波数及び異なる周波数間隔の2つの光コムを、位相同期した2つのモード同期レーザを用いて生成する。 Further, in the second conventional example of the vibrometer capable of simultaneously measuring multiple points, two optical combs having different center frequencies and different frequency intervals are generated by using two mode-locked lasers that are phase-locked.
ここで、第1の従来例では、ヘテロダイン検波を行うために、参照光又は測定光の中心周波数が一定量シフトされている。この中心周波数を一定量シフトさせるために用いる周波数シフタの典型例は、音響光学変調器である。音響光学変調器は、一般的に高額であり、かつ、3dB程度の損失がある(例えば、非特許文献1参照)。 Here, in the first conventional example, the center frequency of the reference light or the measurement light is shifted by a certain amount in order to perform heterodyne detection. A typical example of a frequency shifter used to shift the center frequency by a certain amount is an acousto-optic modulator. Acousto-optic modulators are generally expensive and have a loss of about 3 dB (see, for example, Non-Patent Document 1).
非接触型の振動計では一般に微小な散乱光に情報が重畳されており、必然的に信号対雑音比が劣悪となる。このため、所望の測定信号を得るために雑音低減に必要となる信号処理の負荷は大きい。したがって、構成に起因して光の損失を増加させ、信号対雑音比の更なる劣化を招く音響光学変調器を用いる構成は、雑音低減に要する負荷をさらに大きくする可能性があるため好ましくない。 In a non-contact type vibrometer, information is generally superposed on minute scattered light, and the signal-to-noise ratio is inevitably poor. Therefore, the load of signal processing required for noise reduction in order to obtain a desired measurement signal is large. Therefore, a configuration using an acousto-optic modulator that increases light loss due to the configuration and causes further deterioration of the signal-to-noise ratio is not preferable because the load required for noise reduction may be further increased.
また、第2の従来例では、中心周波数が位相同期され、異なる中心周波数、モード間隔を持つ2つのモード同期レーザが用いられている。この第2の従来例で用いられる、モード同期レーザは高額であるばかりでなく、2つの光を安定に長時間位相同期させることは容易ではない。このため、2つのモード同期レーザを位相同期する構成を除外する風潮がある(非特許文献2参照)。 Further, in the second conventional example, two mode-locked lasers in which the center frequencies are phase-locked and have different center frequencies and mode intervals are used. The mode-locked laser used in this second conventional example is not only expensive, but it is not easy to stably synchronize the phase of two lights for a long time. Therefore, there is a tendency to exclude the configuration in which the two mode-locked lasers are phase-locked (see Non-Patent Document 2).
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものである。この発明の目的は、周波数シフタを用いないことにより、装置構成を簡素化された多点計測可能な振動計を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems. An object of the present invention is to provide a vibrometer capable of multipoint measurement with a simplified device configuration by not using a frequency shifter.
上述した目的を達成するために、この発明の振動計は、連続光光源、ビームスプリッタ、偏光変換部、偏光ビームスプリッタ、第1コム発生器、第2コム発生器、λ/4板、波長フィルタ、直交検波部、ディジタル信号生成部及び信号処理部を備えて構成される。 In order to achieve the above-mentioned object, the vibrometer of the present invention includes a continuous light source, a beam splitter, a polarization converter, a polarization beam splitter, a first comb generator, a second comb generator, a λ / 4 plate, and a wavelength filter. , A orthogonal detection unit, a digital signal generation unit, and a signal processing unit.
連続光光源は、中心周波数f0(Hz)で発振する、y偏光状態である連続光を生成する。ビームスプリッタは、連続光を第1連続光と第2連続光に2分岐する。第1連続光は第1コム発生器に送られ、第2連続光は偏光変換部に送られる。 The continuous light source produces continuous light in a y-polarized state that oscillates at a center frequency of f0 (Hz). The beam splitter splits the continuous light into two, a first continuous light and a second continuous light. The first continuous light is sent to the first comb generator, and the second continuous light is sent to the polarization converter.
第1コム発生器は、中心周波数f0(Hz)の第1連続光の入力に対し、中心周波数f0(Hz)かつ周波数間隔fmの光コムを、プローブ光として生成し、生成したプローブ光を、偏光ビームスプリッタを経てλ/4板に送る。 The first comb generator generates an optical comb having a center frequency of f0 (Hz) and a frequency interval of fm as probe light with respect to the input of the first continuous light having a center frequency of f0 (Hz), and generates the generated probe light. It is sent to the λ / 4 plate via a polarized beam splitter.
λ/4板は、y偏光の前記プローブ光を円偏光に変換し、プローブ光が測定対象物で反射した散乱光をx偏光に変換する。波長フィルタは、プローブ光をN(Nは2以上の整数)の波長帯域に波長分離して、コリメータを経て第1〜第Nの測定対象物に照射し、及び、散乱光を、コリメータを経て受け取り、λ/4板を経て偏光ビームスプリッタに送る。 The λ / 4 plate converts the y-polarized probe light into circularly polarized light, and the scattered light reflected by the probe light on the object to be measured is converted into x-polarized light. The wavelength filter splits the probe light into wavelength bands of N (N is an integer of 2 or more), irradiates the first to Nth measurement objects through a collimator, and emits scattered light through the collimator. It receives it and sends it to the polarization beam splitter via the λ / 4 plate.
偏光ビームスプリッタは、y偏光のプローブ光を、第1コム発生器から受け取り、λ/4板に送り、x偏光の散乱光を、λ/4板から受け取り、直交検波部に送る。 The polarization beam splitter receives the y-polarized probe light from the first comb generator and sends it to the λ / 4 plate, and receives the x-polarized scattered light from the λ / 4 plate and sends it to the orthogonal detector.
偏光変換部は、入力されたy偏光の第2連続光をx偏光に変換して第2コム発生器に送る。 The polarization conversion unit converts the input y-polarized second continuous light into x-polarized light and sends it to the second comb generator.
第2コム発生器は、中心周波数f0(Hz)の第2連続光の入力に対し、中心周波数f0(Hz)かつ周波数間隔fm+Δfm(Hz)の光コムを、参照光として生成し、参照光を直交検波部に送る。 The second comb generator generates an optical comb with a center frequency of f0 (Hz) and a frequency interval of fm + Δfm (Hz) as reference light with respect to the input of the second continuous light having a center frequency of f0 (Hz), and generates the reference light. Send to the orthogonal detector.
直交検波部は、散乱光及び参照光を直交検波してビート信号を生成する。 The orthogonal detection unit generates a beat signal by orthogonally detecting scattered light and reference light.
ディジタル信号生成部は、ビート信号を、所定の標本化周波数でサンプリングしてディジタル信号に変換する。信号処理部は、ビート信号の位相変化から、第1〜第Nの測定対象物の振動を算出する。 The digital signal generator samples the beat signal at a predetermined sampling frequency and converts it into a digital signal. The signal processing unit calculates the vibration of the first to Nth measurement objects from the phase change of the beat signal.
この振動計の好適実施形態によれば、波長フィルタは、Nの波長帯域に波長分離したプローブ光を、コリメータを経て第1〜第Nの測定対象物に略同時に照射する。 According to a preferred embodiment of this vibrometer, the wavelength filter irradiates the first to Nth measurement objects substantially simultaneously with probe light wavelength-separated into the N wavelength band via a collimator.
この発明の振動計によれば、周波数シフタを用いることなく、中心周波数f0(Hz)かつ周波数間隔fmの光コムを、プローブ光として生成し、中心周波数f0(Hz)かつ周波数間隔fm+Δfmの光コムを、参照光として生成する。この結果、装置構成の簡素化及びコスト低減が可能となるばかりでなく、信号対雑音比の向上が期待できる。 According to the vibration meter of the present invention, an optical comb having a center frequency of f0 (Hz) and a frequency interval of fm is generated as probe light without using a frequency shifter, and an optical comb having a center frequency of f0 (Hz) and a frequency interval of fm + Δfm is generated. Is generated as a reference light. As a result, not only the device configuration can be simplified and the cost can be reduced, but also the signal-to-noise ratio can be expected to be improved.
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the shape, size, and arrangement of each component are only schematically shown to the extent that the present invention can be understood. Further, although a preferable configuration example of the present invention will be described below, it is merely a suitable example. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and many modifications or modifications can be made that can achieve the effects of the present invention without departing from the scope of the constitution of the present invention.
図1及び図2を参照して、多点計測可能な振動計の実施形態を説明する。図1は、多点計測可能な振動計の実施形態を説明するための模式図である。図2は、振動計の各構成要素におけるスペクトルを示す模式図である。図2(A)〜(F)は、横軸に周波数(Hz)を取って示し、縦軸に、信号強度(任意単位)を取って示している。 An embodiment of a vibrometer capable of measuring multiple points will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an embodiment of a vibrometer capable of measuring multiple points. FIG. 2 is a schematic diagram showing a spectrum of each component of the vibrometer. In FIGS. 2A to 2F, the frequency (Hz) is shown on the horizontal axis, and the signal strength (arbitrary unit) is shown on the vertical axis.
振動計は、例えば、連続光光源110、ビームスプリッタ(BS:Beam Splitter)121、偏光ビームスプリッタ(PBS:Polarizing BS)122、偏光変換部123、第1及び第2コム発生器131及び132、第1〜第3発振器141〜143、λ/4板150、波長フィルタ160、直交検波部200、ディジタル信号生成部300及び信号処理部400を備えて構成される。
The vibrometer includes, for example, a continuous
連続光光源110は、コヒーレント光を生成可能な、例えば、任意好適な従来周知のレーザ光源で構成される。連続光光源110は、中心周波数f0(Hz)で発振する、y偏光状態である連続光を生成する。連続光光源110が生成した連続光は、BS121に送られる(図2(A)参照)。
The
BS121は、y偏光である連続光を第1連続光と第2連続光とに2分岐する。第1連続光は、第1コム発生器131に送られ、第2連続光は、偏光変換部123に送られる。
The
偏光変換部123は、例えば、y偏光の光を透過させ、x偏光の光を反射させるように設けられたPBS125とλ/4板126と参照ミラー127とで構成される。偏光変換部123に入力されたy偏光の第2連続光は、PBS125を透過してλ/4板126に送られ、λ/4板126で円偏光状態に変換されて参照ミラー127で反射される。参照ミラー127で反射された第2連続光の偏光状態は、参照ミラー127に照射された第2連続光に対して反対周りの円偏光状態となる。参照ミラー127で反射された円偏光状態
の第2連続光は、λ/4板126でx偏光状態に変換され、PBS125で反射されて第2コム発生器132に送られる。
The
第1コム発生器131は、第1発振器141で生成される発振周波数fm(Hz)の正弦波の駆動信号で駆動する。第1コム発生器131は、中心周波数f0(Hz)の第1連続光の入力に対し、中心周波数f0(Hz)かつ周波数間隔fm(Hz)の光コムを、プローブ光として生成する(図2(B)参照)。
The
第2コム発生器132は、第2発振器142で生成される発振周波数fm+Δfm(Hz)の正弦波の駆動信号で駆動する。第2コム発生器132は、中心周波数f0(Hz)の第2連続光の入力に対し、中心周波数f0(Hz)かつ周波数間隔fm+Δfm(Hz)の光コムを、参照光として生成する(図2(C)参照)。
The
第1コム発生器131で生成されたプローブ光は、PBS122に送られる。
The probe light generated by the
PBS122は、y偏光の光を透過させ、x偏光の光を反射させるように設けられる。従って、PBS122は、y偏光のプローブ光を透過させる。PBS122を透過したプローブ光は、λ/4板150に送られる。
λ/4板150は、PBS122から入力されたy偏光状態のプローブ光を、円偏光状態に変換する。円偏光状態に変換されたプローブ光は、波長フィルタ160に送られる。
The λ / 4
波長フィルタ160は、例えば、アレイ導波路素子(AWG:Arrayed Waveguide Grating)を備えて構成される。波長フィルタ160は、プローブ光を波長分離する。波長フィルタ160で波長分離されたプローブ光はコリメータレンズ162を介して測定対象物に照射される。プローブ光が測定対象物に照射されると、測定対象物において散乱光が発生する。このときの散乱光の偏光状態は、測定対象物に照射されたプローブ光に対して反対回りの円偏光状態となる。
The
測定対象物で散乱された円偏光状態の散乱光は、コリメータレンズ162を介して波長フィルタ160に送られる。波長フィルタ160を通過した散乱光は、λ/4板150に送られる。
The circularly polarized light scattered by the object to be measured is sent to the
λ/4板150は、測定対象物から受けた円偏光状態の散乱光を、x偏光状態に変換する。ここで、直線偏光状態のプローブ光は、λ/4板150を2回通過し、かつ、測定対象物で散乱することにより、直線偏光状態の散乱光になる。このとき、λ/4板150に入力される直線偏光状態のプローブ光と、λ/4板150から出力される直線偏光状態の散乱光とは、偏光方向が直交する。すなわち、λ/4板150から出力される散乱光はx偏光となる。x偏光状態の散乱光は、PBS122に送られる(図2(D)参照)。
The λ / 4
PBS122は、x偏光の散乱光を反射させる。PBS122で反射した散乱光は、直交検波部200に送られる。第2コム発生器132で生成された参照光も、直交検波部200に送られる(図2(E)参照)。
直交検波部200は、90°光ハイブリッドカプラ210、第1及び第2バランス検波器(単に検波器とも称する。)221及び222、並びに、第1及び第2ローパスフィルタ(LPF)231及び232を備えて構成される。
The
90°光ハイブリッドカプラ210は、散乱光と参照光を合波する。90°光ハイブリッドカプラ210に入力される散乱光の強度をES(t)とし、参照光をELO(t)と
すると、ES(t)及びELO(t)は、以下の式(1)で与えられる。
The 90 ° optical
ただし、以下の式(2)で与えられる関係がある。 However, there is a relationship given by the following equation (2).
上記式(2)中、PS_iは、散乱光の強度を示し、PLO_lは、参照光の強度を示す。 In the above formula (2), PS_i indicates the intensity of scattered light, and P LO_l indicates the intensity of reference light.
ここで、90°光ハイブリッドカプラ210の4つの出力E1(t)、E2(t)、E3(t)及びE4(t)は、以下の式(3)で与えられる。
Here, the four outputs E 1 (t), E 2 (t), E 3 (t) and E 4 (t) of the 90 ° optical
90°光ハイブリッドカプラ210の4つの出力のうち、E1(t)及びE2(t)は、第1バランス検波器221でバランス検波される。第1バランス検波器221の出力VI(t)は、以下の式(4)で与えられる。
Of the four outputs of the 90 ° optical
ここで、R(A/W)は変換効率である。バランス検波器は、入力が電場Eの次元を持ち、出力Iが電流の次元を有している。電流Iは、電場Eの2乗に比例し、その比例定数が変換効率Rである。また、バランス検波器は、通常、後段に負荷抵抗r(Ω)のディメンジョンを持つトランスインピーダンスアンプが接続され、最終的には電圧信号として出力される。 Here, R (A / W) is the conversion efficiency. In the balanced detector, the input has the dimension of the electric field E and the output I has the dimension of the current. The current I is proportional to the square of the electric field E, and its proportionality constant is the conversion efficiency R. Further, in the balance detector, a transimpedance amplifier having a dimension of the load resistance r (Ω) is usually connected to the subsequent stage, and finally is output as a voltage signal.
90°光ハイブリッドカプラ210の4つの出力のうち、E3(t)及びE4(t)は、第2バランス検波器222でバランス検波される。第2バランス検波器222の出力VQ(t)は、以下の式(5)で与えられる。
Of the four outputs of the 90 ° optical
上記VI(t)及びVQ(t)を、複素数の信号として表現すると、以下の式(6)〜(8)となる。 The V I (t) and V Q (t), is expressed as a complex number of the signal by the following expression (6) to (8).
このようにして、散乱光が直交検波される。 In this way, the scattered light is orthogonally detected.
直交検波の場合、参照光や散乱光に複数の周波数成分が含まれていても、参照光同士の干渉成分及び散乱光同士の干渉成分はいずれも相殺される。このため、参照光と散乱光の間の干渉成分のみがビート信号として検出される。 In the case of orthogonal detection, even if the reference light or the scattered light contains a plurality of frequency components, both the interference component between the reference lights and the interference component between the scattered lights are canceled out. Therefore, only the interference component between the reference light and the scattered light is detected as a beat signal.
ここで、角周波数ω0を第1及び第2バランス検波器221及び222を構成する光電変換器の帯域より大きくとると、受光できるのは、i=lの場合のみである。また、Δω0を第1及び第2バランス検波器221及び222を構成する光電変換器の帯域より十分小さく、かつ、検出したい位相θsig_iよりも十分大きくとると、各lΔω0tの近傍に、検出したい位相θsig_iが現れる。
Here, if the angular frequency ω 0 is set to be larger than the band of the photoelectric converters constituting the first and second
なお、上記式(8)中の角周波数ω0及びΔω0は、以下の式(9)で与えられる。 The angular frequencies ω 0 and Δω 0 in the above equation (8) are given by the following equation (9).
ここで、位相θsig_iは、以下の式(10)で表すことができる。 Here, the phase θ sig_i can be expressed by the following equation (10).
θLO_iは、連続光光源からの出力時の位相、φiは、測定対象物に照射され、散乱光として戻ってきて参照光と干渉するまでに重畳される位相雑音等により生じる位相差、ψdoppler_iは、ドップラーシフトによる位相差である。 θ LO_i is the phase at the time of output from the continuous light source, φ i is the phase difference caused by the phase noise that is superimposed until the object to be measured is irradiated and returned as scattered light and interferes with the reference light, ψ doppler_i is the phase difference due to the Doppler shift.
上記式(10)を用いると、上記式(7)の右辺は、以下の式(11)となる。 When the above formula (10) is used, the right side of the above formula (7) becomes the following formula (11).
第1及び第2バランス検波器221及び222の出力は、それぞれ、第1及び第2LPF231及び232に送られる。第1及び第2LPF231及び232の透過帯域を適切に定めることにより、散乱光と同じ周波数帯域の参照光とのビート信号が得られる(図2(F)参照)。なお、第1及び第2LPF231及び232の前段に増幅器などを配置するのが一般的であるが、ここでは省略している。
The outputs of the first and second
第1及び第2LPF231及び232を透過した信号は、ディジタル信号生成部300に送られる。ディジタル信号生成部300は、例えば、アナログ・ディジタル変換器(ADC:Analog to Digital Converter)を備えて構成される。
The signals that have passed through the first and second LPFs 231 and 232 are sent to the digital
ADC300は、ビート信号を所定の標本化周波数でサンプリングしてディジタル信号を得る。このディジタル信号であるビート信号は、信号処理部400に送られる。
The
信号処理部400は、例えば、パーソナルコンピュータ(PC)で構成される。信号処理部400は、ディジタル信号を処理する部分である。信号処理部400では、例えば、CPUがソフトウェアを実行することにより、所望の機能が実現される。
The
第3発振器143は、第2発振器142と同期しており、発振周波数Δfm(Hz)、すなわち、角周波数Δω0の正弦波を生成する。この第3発振器143が生成した正弦波はディジタル信号生成部300に送られ、ディジタル信号に変換された後、信号処理部400に送られる。
The
ここで、ビート信号は、Δfmの整数倍の周波数成分を有する。信号処理部400は、Δfmの発信周波数の正弦波を利用して、ドップラーシフトに起因する位相差ψdoppler_iを抽出する。
Here, the beat signal has a frequency component that is an integral multiple of Δfm. The
このために、信号処理部400では、第3発振器143が生成した正弦波は例えばヒル
ベルト変換などにより複素信号へ変換される。これにより、図2(F)に示されたビート信号は、自在にΔfm(Hz)、すなわち、Δω0の整数倍でダウンコンバージョン可能となる。その後、既存のアンラップアルゴリズムなどを用い、さらに、位相雑音φiをフィルタで緩和すると、ドップラーシフトによる位相差ψdoppler_iが得られる。この位相差ψdoppler_iを時間微分すれば、測定対象物の振動を取得することができる。
Therefore, in the
110 連続光光源
121 ビームスプリッタ(BS)
122、125 偏光ビームスプリッタ(PBS)
123 偏光変換部
126、150 λ/4板
127 参照ミラー
131、132 コム発生器
141、142、143 発振器
160 波長フィルタ
200 直交検波部
210 90°光ハイブリッドカプラ
221、222 検波器
231,232 LPF
300 ディジタル信号生成部
400 信号処理部
110 Continuous
122, 125 Polarization Beam Splitter (PBS)
123
300
Claims (4)
前記連続光光源は、中心周波数f0(Hz)で発振する、y偏光状態である連続光を生成し、
前記ビームスプリッタは、前記連続光を第1連続光と第2連続光とに2分岐し、前記第1連続光を前記第1コム発生器に送り、前記第2連続光を前記偏光変換部に送り、
前記第1コム発生器は、中心周波数f0(Hz)の前記第1連続光の入力に対し、中心周波数f0(Hz)かつ周波数間隔fmの光コムを、プローブ光として生成し、前記プローブ光を、前記偏光ビームスプリッタを経てλ/4板に送り、
前記λ/4板は、y偏光の前記プローブ光を円偏光に変換し、前記プローブ光が測定対象物で反射した散乱光をx偏光に変換し、
前記波長フィルタは、前記プローブ光をN(Nは2以上の整数)の波長帯域に波長分離して、コリメータを経て第1〜第Nの前記測定対象物に照射し、及び、前記散乱光を、前記コリメータを経て受け取り、前記λ/4板を経て偏光ビームスプリッタに送り、
前記偏光ビームスプリッタは、y偏光のプローブ光を、前記第1コム発生器から受け取り、前記λ/4板に送り、x偏光の散乱光を、前記λ/4板から受け取り、前記直交検波部に送り、
前記偏光変換部は、入力されたy偏光の前記第2連続光をx偏光に変換して前記第2コム発生器に送り、
前記第2コム発生器は、中心周波数f0(Hz)の前記第2連続光の入力に対し、中心周波数f0(Hz)かつ周波数間隔fm+Δfmの光コムを、参照光として生成し、前記参照光を前記直交検波部に送り、
前記直交検波部は、前記散乱光及び前記参照光を直交検波してビート信号を生成し、
前記ディジタル信号生成部は、前記ビート信号を、所定の標本化周波数でサンプリングしてディジタル信号に変換し、
前記信号処理部は、前記ビート信号の位相変化から、第1〜第Nの前記測定対象物の振動を算出する
ことを特徴とする振動計。 It is equipped with a continuous light source, a beam splitter, a polarization converter, a polarization beam splitter, a first comb generator, a second comb generator, a λ / 4 plate, a wavelength filter, an orthogonal detection unit, a digital signal generation unit, and a signal processing unit.
The continuous light source generates continuous light in a y-polarized state that oscillates at a center frequency of f0 (Hz).
The beam splitter splits the continuous light into a first continuous light and a second continuous light, sends the first continuous light to the first comb generator, and sends the second continuous light to the polarization conversion unit. Send,
The first comb generator generates an optical comb having a center frequency of f0 (Hz) and a frequency interval of fm as probe light with respect to the input of the first continuous light having a center frequency of f0 (Hz), and generates the probe light. , Sent to the λ / 4 plate via the polarization beam splitter,
The λ / 4 plate converts the y-polarized probe light into circularly polarized light, and the scattered light reflected by the probe light on the object to be measured is converted into x-polarized light.
The wavelength filter splits the probe light into wavelength bands of N (N is an integer of 2 or more), irradiates the first to Nth measurement objects via a collimator, and emits the scattered light. , Received via the collimator, sent to the polarizing beam splitter via the λ / 4 plate,
The polarization beam splitter receives y-polarized probe light from the first comb generator, sends it to the λ / 4 plate, receives x-polarized scattered light from the λ / 4 plate, and sends it to the orthogonal detector. Send,
The polarization conversion unit converts the input y-polarized light of the second continuous light into x-polarized light and sends it to the second comb generator.
The second comb generator generates an optical comb having a center frequency of f0 (Hz) and a frequency interval of fm + Δfm as reference light with respect to the input of the second continuous light having a center frequency of f0 (Hz), and generates the reference light. Send to the orthogonal detection unit
The orthogonal detection unit generates a beat signal by orthogonally detecting the scattered light and the reference light.
The digital signal generator samples the beat signal at a predetermined sampling frequency and converts it into a digital signal.
The signal processing unit is a vibrometer characterized in that the vibration of the first to Nth measurement objects is calculated from the phase change of the beat signal.
ことを特徴とする請求項1に記載の振動計。 The vibrometer according to claim 1, wherein the wavelength filter irradiates the first to Nth measurement objects substantially simultaneously with the probe light having wavelengths separated into the N wavelength band through a collimator.
前記信号処理部は、前記Δfmの発振周波数の正弦波を利用して、ドップラーシフトに起因する位相差を抽出する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の振動計。 The beat signal has a frequency component that is an integral multiple of Δfm and has a frequency component.
The vibrometer according to claim 1 or 2, wherein the signal processing unit extracts a phase difference caused by a Doppler shift by using a sine wave having an oscillation frequency of Δfm.
前記散乱光及び前記参照光が入力される90°光ハイブリッドカプラと、
前記90°光ハイブリッドカプラの出力が入力される、第1及び第2バランス検波器とを備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の振動計。 The orthogonal detection unit is
A 90 ° optical hybrid coupler to which the scattered light and the reference light are input,
The vibrometer according to any one of claims 1 to 3, further comprising a first and second balance detector to which the output of the 90 ° optical hybrid coupler is input.
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---|---|---|---|---|
US5835199A (en) * | 1996-05-17 | 1998-11-10 | Coherent Technologies | Fiber-based ladar transceiver for range/doppler imaging with frequency comb generator |
JP2010203860A (en) * | 2009-03-02 | 2010-09-16 | Optical Comb Inc | Vibration measuring device and vibration measuring method |
JP2010261911A (en) * | 2009-05-11 | 2010-11-18 | Optical Comb Inc | Vibration measuring instrument and vibration measuring method |
JP2011027648A (en) * | 2009-07-28 | 2011-02-10 | Optical Comb Inc | Apparatus and method for measuring vibration |
JP2011059011A (en) * | 2009-09-11 | 2011-03-24 | Fukuoka Univ | Mems measuring device |
JP2012103068A (en) * | 2010-11-09 | 2012-05-31 | Fukuoka Univ | Mems measurement method |
-
2019
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5835199A (en) * | 1996-05-17 | 1998-11-10 | Coherent Technologies | Fiber-based ladar transceiver for range/doppler imaging with frequency comb generator |
JP2010203860A (en) * | 2009-03-02 | 2010-09-16 | Optical Comb Inc | Vibration measuring device and vibration measuring method |
JP2010261911A (en) * | 2009-05-11 | 2010-11-18 | Optical Comb Inc | Vibration measuring instrument and vibration measuring method |
JP2011027648A (en) * | 2009-07-28 | 2011-02-10 | Optical Comb Inc | Apparatus and method for measuring vibration |
JP2011059011A (en) * | 2009-09-11 | 2011-03-24 | Fukuoka Univ | Mems measuring device |
JP2012103068A (en) * | 2010-11-09 | 2012-05-31 | Fukuoka Univ | Mems measurement method |
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