JP3410822B2

JP3410822B2 - レーザドプラ方式振動計

Info

Publication number: JP3410822B2
Application number: JP15976394A
Authority: JP
Inventors: 誠落合; 道雄佐藤; 里代子羽田; 和美渡部; 誠喜空本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-07-12
Filing date: 1994-07-12
Publication date: 2003-05-26
Anticipated expiration: 2018-05-26
Also published as: JPH0829248A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、配管や機器等構造物の
振動を非接触で測定する振動計に係り、特に反射光強度
の減衰や、振動計自身の振動による測定結果に及ぼす悪
影響を排除したレーザドプラ方式振動計に関する。

【０００２】

【従来の技術】配管や機器、および構造物等が振動する
場合に、この振動物体の振動を非接触にて測定する振動
計のうちに、振動物体表面に照射したレーザ光の反射光
を受けて、そのドプラシフト量から振動を測定するレー
ザドプラ方式振動計がある。

【０００３】図９のブロック構成図に示すように、この
レーザドプラ方式振動計１は、レーザ光源２から特定の
周波数ｆ₀、波長λ₀で連続的に出力されたレーザビー
ム３ａは、光ヘテロダイン用光学干渉系４のビームスプ
リッタ５ａにより、このレーザビーム３ａと直交する光
軸方向を持つレーザビーム３ｂ、および同一光軸方向を
持つ出射光３ｃに分割される。

【０００４】このうちのレーザビーム３ｂは、ミラー６
ａを介して周波数シフタドライバ７によって駆動された
周波数シフタ８に入射され、一定の周波数ｆ_sだけ周波
数シフトを受けて、ｆ₀＋ｆ_sの周波数を持つ参照光３
ｄとなり、ミラー６ｂを介してビームスプリッタ５ｂに
入射される。一方、前記出射光３ｃは直進してビームス
プリッタ５ｂを通過し、集光用光学系９によって振動物
体10の表面に照射される。

【０００５】いま振動物体10が周波数ｆ_m、最大速度Ｖ
₀で振動方向11に正弦波的に振動していたとすると、そ
の振動速度ｖは、時間ｔの関数として次の式(1) で表わ
される。

【０００６】ｖ＝ｖ₀ｓｉｎ（２πｆ_mｔ） …(1)

【０００７】また、このように振動している振動物体10
の表面に直角に照射された出射光３ｃは、次の式(2) で
示すだけのドプラシフトｆ_dを受けて、周波数ｆ₀＋ｆ
_dの散乱光３ｅとなる。

【０００８】ｆ_d＝２ｖ／λ₀ …(2)

【０００９】この散乱光３ｅは集光用光学系９によって
ビームスプリッタ５ｂ上に集光され、このビームスプリ
ッタ５ｂで前記のようにミラー６ｂから導かれた参照光
３ｄと重ね合わせられて光検出器12へ導かれる。

【００１０】光検出器12では入力した光を電気信号に変
換するが、この電気信号は参照光３ｄと散乱光３ｅの干
渉によって生じた、次の式(3) で示すビート信号周波数
ｆ_Bのような交流成分を持つ信号となる。

【００１１】ｆ_B＝ｆ_s＋ｆ_d＝ｆ_s＋２ｖ／λ₀ …(3)

【００１２】これをキャリア周波数ｆ_sのＦＭ信号とし
て信号処理装置13によって検波すると、振動物体10の振
動周波数ｆ_mに等しい周波数と、振動速度ｖに比例した
波高値を持つアナログ信号を得ることができる。

【００１３】なお以上のことは、光ヘテロダイン用光学
干渉系４を用いた振動速度の検出技術として、文献およ
び過去に製品化されたレーザドプラ方式振動計のカタロ
グ等で従来より知られている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザドプラ方
式振動計１では、出射光３ｃの状態や集光用光学系９と
振動物体10との位置関係、および振動物体10の表面状況
によっては、集光用光学系９で集光できる散乱光３ｅの
強度が著しく減少することがある。このような場合に信
号処理装置13においては、振動信号成分とノイズ成分が
判別できずに、誤ったデータを出力してしまう支障があ
った。

【００１５】また、何等かの理由によってレーザドプラ
方式振動計１自身が振動した場合にも、検出した振動物
体10の振動と自己振動とを区別することが不可能で、両
方が重ね合わされた誤った振動情報を出力するという問
題もあった。

【００１６】本発明の目的とするところは、入力した散
乱光の信号成分の低下、あるいは自己振動を検出して、
振動計から出射されるレーザ光の強度を最適化すると共
に、測定情報の劣化を防止したレーザドプラ方式振動計
を提供することにある。

【００１７】

【００１８】上記目的を達成するために請求項１記載の
発明に係るレーザドプラ式振動計は、レーザ光源から照
射したレーザ光の振動物体から反射された散乱光と前記
レーザ光源からのレーザ光とを光学干渉系により光ヘテ
ロダイン検波すると共にこの出力光を光検出器にて電気
信号に変換してこの電気信号から振動物体により発生し
たレーザ光のドプラシフト量に関する情報を抽出する信
号処理装置を備えたレーザドプラ方式振動計において、
前記信号処理装置の出力信号から波形歪成分を抽出する
歪抽出器と、この歪抽出器により得られる歪出力信号よ
り大きな歪検出値を出力する基準信号発生器と、前記歪
出力信号と歪検出値を比較する比較器とからなる信号強
度不足検出手段を設けたことを特徴とする。

【００１９】請求項２記載の発明に係るレーザドプラ方
式振動計は、レーザ光源から照射したレーザ光の振動物
体から反射された散乱光と前記レーザ光源からのレーザ
光とを光学干渉系により光ヘテロダイン検波すると共に
この出力光を光検出器にて電気信号に変換してこの電気
信号から振動物体により発生したレーザ光のドプラシフ
ト量に関する情報を抽出する信号処理装置を備えたレー
ザドプラ方式振動計において、前記信号処理装置の出力
信号から波形歪成分を抽出する歪抽出器と、この歪抽出
器により得られる出力信号の波形を観察する波形監視装
置からなる信号強度不足検出手段と、前記信号処理装置
の出力信号から波形歪成分を除去する歪除去器および周
波数カウンタとからなる振動周波数検出手段と、前記信
号処理装置の出力信号の波高値を検出する波高値検出器
と電圧計とからなる振動速度検出手段を設けたことを特
徴とする。

【００２０】請求項３記載の発明に係るレーザドプラ方
式振動計は、レーザ光源から照射したレーザ光の振動物
体から反射された散乱光と前記レーザ光源からのレーザ
光とを光学干渉系により光ヘテロダイン検波すると共
に、この出力光を光検出器にて電気信号に変換してこの
電気信号から振動物体により発生したレーザ光のドプラ
シフト量に関する情報を抽出する信号処理装置を備えた
レーザドプラ方式振動計において、前記信号処理装置に
おける信号強度不足を検出する信号強度不足検出手段
と、前記振動物体にレーザ光を照射して散乱光を集光す
る光学系を駆動する光学系駆動装置と、前記信号強度不
足検出手段の出力信号により集光量が適切となるように
前記光学系を位置決めすべく前記光学系駆動装置を制御
する制御装置とを設けたことを特徴とする。

【００２１】請求項４記載の発明に係るレーザドプラ方
式振動計は、レーザ光源から照射したレーザ光の振動物
体から反射された散乱光と前記レーザ光源からのレーザ
光とを光学干渉系により光ヘテロダイン検波すると共に
この出力光を光検出器にて電気信号に変換してこの電気
信号から振動物体により発生したレーザ光のドプラシフ
ト量に関する情報を抽出する信号処理装置を備えたレー
ザドプラ方式振動計において、前記信号処理装置におけ
る信号強度不足を検出する信号強度不足検出手段を設け
る。

【００２２】また、前記光ヘテロダイン検波を行う光学
干渉系が、レーザ光源から出射されたレーザ光の偏光角
度を調節するための第１の偏光角度調整手段とこの透過
光をその偏光成分毎に出射光と参照光に分岐するための
ビーム分割手段と、分岐された参照光の強度を調節する
ための光量調節手段と、この参照光を前記光検出器に入
射するための第２の偏光角度調節手段と、前記光学系に
よって集光された散乱光を前記光検出器に入射するため
の第３の偏光角度調節手段を備える。

【００２３】さらに、前記参照光と散乱光を合波するた
めのビーム合成手段と、このビーム合成手段により合波
された前記参照光と散乱光を干渉させるための検光子
と、前記第１の偏光角度調整手段には第１の駆動機構
を、前記光量調整手段には第２の駆動機構を備えて、前
記信号強度不足検出手段の出力信号により前記第１およ
び第２の駆動機構を制御するための制御装置とを設けた
ことを特徴とする。

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】請求項１記載の発明は、光検出器の出力信
号から振動情報の抽出をする信号処理装置の出力信号
を、信号強度不足検出手段における歪抽出器を経由させ
ると、波形歪成分が抽出された歪出力信号を得ると共
に、この歪出力信号と予めこの歪出力信号より大きな歪
検出値を設定した基準信号発生器の出力を比較器にて比
較する。

【００２８】信号処理装置において入力される信号強度
が不足すると、その出力信号中に歪成分が発生するため
に、この歪出力信号が前記基準信号発生器の歪検出値を
超えると、比較器は検出下限信号を出力するので、この
検出下限信号により信号処理装置における信号強度不足
を報知する。

【００２９】請求項２記載の発明は、光検出器の出力信
号から振動情報の抽出をする信号処理装置の出力信号
を、信号強度不足検出手段の波形歪成分を抽出する歪抽
出器を経由させて、歪出力信号の波形を波形監視装置で
観察し、歪波形が多い場合は信号処理装置に入力される
信号強度が不足していると判断する。また、信号処理装
置の出力信号が振動周波数検出手段の歪除去器を経由す
ると波形歪成分が除去され、周波数カウンタにて正確な
振動周波数が検出できる。

【００３０】さらに、前記信号処理装置の出力信号を、
振動速度検出手段の波高値を検出する全波整流回路を経
由させると、振動成分のみが抽出されて振動速度に対
し、正しい波高値が与えられるので、この出力電圧を電
圧計で読み取ることにより正確な振動速度を知ることが
できる。

【００３１】請求項３記載の発明は、光検出器の出力信
号から振動情報の抽出をする信号処理装置の出力信号を
信号強度不足検出手段に入力して、信号強度不足が検出
された場合に信号強度不足検出手段から出力される検出
下限信号により、制御装置と光学系駆動装置を介して光
学系の焦点距離を調節して、自動的に振動物体からの集
光量を適切に制御する。

【００３２】請求項４記載の発明は、光検出器の出力信
号から振動情報の抽出をする信号処理装置の出力信号を
信号強度不足検出手段に入力して、信号強度不足が検出
された場合に信号強度不足検出手段から出力される検出
下限信号により、制御装置と第１の駆動機構を介して、
第１の偏光角度調整手段を駆動してレーザ光の偏光角度
を調節する。

【００３３】これにより、出射光と参照光の強度分割比
を変化させると共に、前記制御装置と第２の駆動機構を
介して、光量調節手段を駆動して参照光の強度が調節さ
れるので、自動的に振動物体からの集光量を適切に制御
する。

【００３４】

【００３５】

【実施例】本発明の一実施例について図面を参照して説
明する。なお、上記した従来技術と同じ構成部分につい
ては同一符号を付して詳細な説明を省略する。第１実施
例は、図１のブロック構成図に示すように、振動測定に
際して検出信号強度の不足が検知できるものである。

【００３６】このレーザドプラ方式振動計14は、レーザ
光源２と光ヘテロダイン用光学干渉系４、集光用光学系
９と光検出器12および信号処理装置13における振動測定
部分は、上記図９に示した従来技術と同様の構成として
いる。

【００３７】これに加えて前記光検出器12の出力側に、
信号強度不足検出手段として予め測定しておいた信号処
理装置13の検出下限電圧を設定電圧値として常に出力す
る基準信号発生器の定電圧発生器15ａと、この設定電圧
値と前記光検出器12からの出力電圧信号を比較する比較
器であるコンパレータ16ａを設けて構成する。さらに、
警報手段として前記コンパレータ16ａの出力によってＯ
Ｎ／ＯＦＦ制御される、例えばスピーカ駆動装置17とス
ピーカ18を設置する。

【００３８】次に上記構成による作用について説明す
る。レーザ光源２から連続的に出力されたレーザビーム
３ａは、光ヘテロダイン用光学干渉系４により、従来技
術で図９を用いて説明したようにこのレーザビーム３ａ
と直交する光軸方向を持つレーザビーム３ｂと、同一光
軸方向を持つ出射光３ｃとに分割される。分割されたレ
ーザビーム３ｂは周波数シフタ８に入射され、一定の周
波数シフトを受けて参照光３ｄとなって、ビームスプリ
ッタ５ｂに入射される。

【００３９】一方、前記出射光３ｃは直進して、集光用
光学系９によって振動物体10の表面に照射され、散乱光
３ｅとして集光用光学系９に入る。この散乱光３ｅは光
ヘテロダイン法で光検出器12により検出し、この光検出
器12から電気信号として信号処理装置13に伝達されて、
振動に関する情報を抽出される。

【００４０】ここで、光検出器12からの出力電圧信号
は、信号強度不足検出手段のコンパレータ16ａにも入力
され、このコンパレータ16ａにおいて定電圧発生器15ａ
が発生する設定電圧値と比較される。

【００４１】ここで、集光用光学系９と振動物体10との
位置関係や、振動物体10の表面状態によって、集光用光
学系９により集光される散乱光３ｅの強度が著しく低下
すると、光検出器12の出力信号電圧が不足して、信号処
理装置13における振動情報の処理に際して信号成分とノ
イズ成分との判別が不十分になることから、正確な振動
情報の抽出に支障が生じることになる。

【００４２】しかし、この時の光検出器12の出力信号電
圧は、前記定電圧発生器15ａが発生する検出下限電圧と
コンパレータ16ａにおいて比較され、出力信号電圧が設
定電圧値より低いことから、コンパレータ16ａは検出下
限信号を出力する。

【００４３】この検出下限信号により、警報手段のスピ
ーカ駆動装置17はスピーカ18を鳴奏させて、測定者に測
定条件が異常であり、このために検出信号強度が不足し
ていて、信号処理装置13における振動に関する情報に誤
りの可能性があることを報知する。

【００４４】この警報を受けることで測定者は、集光用
光学系９と振動物体10との位置関係や、振動物体10の表
面状況あるいは集光用光学系９からの出射光３ｃの状態
等の測定条件が適切でないことを知り、直ちに上記不具
合の改善を実施して正常状態にしてから、改めて振動測
定を行うことにより、精度と信頼性の高い振動測定をす
ることができる。

【００４５】すなわち、検出信号強度不足の要因が解消
すれば、光検出器12からは十分に高い出力信号電圧が信
号処理装置13とコンパレータ16ａに出力され、信号処理
装置13は信号成分とノイズ成分との判別が容易となるこ
とから、正確な振動情報の抽出処理を行う。

【００４６】また、コンパレータ16ａにおいても比較す
る出力信号電圧が、前記定電圧発生器15ａによる設定電
圧値より高いことから、検出下限信号の出力が停止する
ので、スピーカ駆動装置17によるスピーカ18の鳴奏は行
われない。

【００４７】第２実施例は、上記第１実施例と同様に振
動測定に際して検出信号強度の不足が検知できるもので
ある。図２のブロック構成図に示すように、レーザドプ
ラ方式振動計19は、レーザ光源２と光ヘテロダイン用光
学干渉系４、集光用光学系９と光検出器12および信号処
理装置13における振動測定部分は、上記第１実施例と同
じものである。

【００４８】なお、これに加えて信号処理装置13の出力
側に、歪抽出器のハイパスフィルタ20と基準信号発生器
である定電圧発生器15ｂ、および比較器のコンパレータ
16ｂからなる信号強度不足検出手段を設けて構成してい
る。

【００４９】なお、歪抽出器のハイパスフィルタ20は予
め測定したい振動周波数以上で、しかも可能な限り低い
値に設定（例えば配管、機器等の構造物の振動周波数は
高々数百Ｈｚであるため１ｋＨｚ程度）した周波数を遮
断周波数としている。

【００５０】また、定電圧発生器15ｂは、前記ハイパス
フィルタ20の出力信号のノイズレベルより十分大きな値
とした歪検出設定値Ｌを常に出力する。

【００５１】また、コンパレータ16ｂは、前記定電圧発
生器15ｂからの歪検出設定値Ｌと、前記ハイパスフィル
タ20の出力とを比較して、ハイパスフィルタ20の出力が
歪検出設定値Ｌを超える場合に検出下限信号を出力す
る。さらに、このコンパレータ16ｂが出力する検出下限
信号によってＯＮ／ＯＦＦ制御される警報手段の例えば
ランプ駆動装置21とランプ22を設置する。

【００５２】次に上記構成による作用について説明す
る。照射された出射光３ｃが振動物体10の表面より反射
され、この散乱光３ｅが集光用光学系９にて検知され
て、ヘテロダイン用光学干渉系４等を経由して信号処理
装置13において振動情報が測定されることは、上記第１
実施例と同様である。

【００５３】信号処理装置13はその特性上から図３の出
力信号波形特性図で示すように、図３（ａ）に示す正弦
波状の振動速度波形で検出信号強度が十分な場合は、図
３（ｂ）のような正弦波状の出力信号が得られる。これ
に対し、光検出器12の出力信号による入力信号強度が限
界以下に減少すると、図３（ｃ）に示すように信号処理
装置13の出力波形に歪が生じる。

【００５４】そこで、信号強度不足検出手段において、
予め測定したい振動周波数以上で、しかも可能な限り低
い値に設定した遮断周波数を持つ歪抽出手段のハイパス
フィルタ20により、信号処理装置13の出力信号をろ波す
ると、図３（ｄ）に示したように歪成分のみが強調され
た歪出力信号が得られる。

【００５５】したがって、この歪出力信号と、前記定電
圧発生器15ｂが出力する歪検出設定値Ｌとを、コンパレ
ータ16ｂによって比較して、歪出力信号が歪検出設定値
Ｌを超えた場合にはコンパレータ16ｂは検出下限信号を
出力する。

【００５６】すなわち、光検出器12の出力信号電圧が不
足し、信号処理装置13における正確な振動情報の抽出に
支障が生じることになると、信号処理装置13の出力信号
中における歪部分が大きくなり、歪出力信号が前記歪検
出設定値Ｌを超えるので、コンパレータ16ｂは警報手段
のランプ駆動装置21に検出下限信号を出力する。

【００５７】これにより、ランプ駆動装置21はランプ22
を点灯して、測定者に測定条件が異常であり、このため
に検出信号強度が不足していて、信号処理装置13におけ
る振動に関する情報の抽出に誤りの可能性があることを
報知する。

【００５８】この警報を受けることで測定者は、集光用
光学系９と振動物体10との位置関係や、振動物体10の表
面状態等の測定条件が適切でないことを知り、直ちに上
記不具合関係の改善を実施して正常状態にしてから、改
めて振動測定を行うことにより、信号処理装置13から精
度と信頼性の高い振動情報が得られる。

【００５９】なお、検出信号強度が不足した要因が解消
すれば、光検出器12からは十分に高い出力信号電圧が信
号処理装置13とコンパレータ16ｂに出力されるので、信
号処理装置13は信号成分とノイズ成分との判別が容易と
なることから、正確な振動情報の抽出処理ができる。

【００６０】この時にコンパレータ16ｂにおいては、比
較される信号処理装置13からの歪出力信号が、前記定電
圧発生器15ｂが出力する歪検出設定値Ｌより高いことか
ら、検出下限信号は出力されず、したがってランプ22は
点灯しない。

【００６１】また、本第２実施例では、前記警報手段を
ランプ駆動装置21とランプ22により構成したものとして
説明したが、この警報手段を上記第１実施例と同様に、
スピーカ駆動装置17とスピーカ18にしても良い。さら
に、第１実施例に、この第２実施例で示したランプ駆動
装置21とランプ22による警報手段を採用することや、ス
ピーカ18とランプ22を併用しても良い。

【００６２】第３実施例は、上記第２実施例と同様に振
動測定に際して検出信号強度の不足の検知と共に、検知
に際して波形歪みが除去できるものである。図４のブロ
ック構成図に示すように、レーザドプラ方式振動計23
は、レーザ光源２と光ヘテロダイン用光学干渉系４、集
光用光学系９と光検出器12および信号処理装置13におけ
る振動測定部分は、上記第１実施例と同じものである。

【００６３】なお、これに加えて信号処理装置13の出力
側には、信号強度不足検出手段として歪成分のみが強調
された歪出力信号が得られる歪抽出器のハイパスフィル
タ20と、この歪出力波形を観察する波形監視装置のオシ
ロスコープ24を設ける。

【００６４】また、正しい振動周波数を検出する振動周
波数手段として、測定したい振動周波数より高い遮断周
波数を持つ歪除去器のローパスフィルタ25を介した周波
数カウンタ26と、同様に正確な振動速度を知るための、
振動速度検出手段として例えば図５の結線図に示す波高
値検出器である全波整流回路27を介した電圧計28を設け
て構成している。

【００６５】次に上記構成による作用として、照射され
た出射光３ｃが振動物体10の表面より反射され、この散
乱光３ｅが集光用光学系９にて検知されて、ヘテロダイ
ン用光学干渉系４等を経由して信号処理装置13において
振動情報が測定されることは、上記第１実施例と同様で
ある。

【００６６】ここで信号処理装置13より出力された振動
情報は、若しも光検出器12による信号強度が不足してい
ると、図３（ｃ）に示すように、信号波形に歪成分が含
まれることになる。

【００６７】これをハイパスフィルタ20によりろ過し
て、オシロスコープ24で観測すると、図３（ｄ）に示す
ように、歪成分のみが強調された歪出力信号のが直接観
測できるので、検出信号強度不足の程度等の詳細が容易
に知ることができる。なお、測定条件を改善した後に再
度振動測定をすると、その結果は直ちにオシロスコープ
24により確認できる。

【００６８】また、振動周波数手段である歪除去器のロ
ーパスフィルタ25を通すと、図３（ｃ）における歪成分
が除去されるが、このローパスフィルタ25から出力され
る信号の周波数は、振動周波数と同値となるので、これ
を入力した周波数カウンタ26では正しい振動周波数が表
示される。

【００６９】さらに、信号処理装置13からの出力で振動
速度に相当するは波高値に関しては、波高値検出器のダ
イオード27ａ〜27ｄとコンデンサ29でなる全波整流回路
27を通することにより、信号波形のうち、振動成分のみ
が抽出されて振動速度に対し、正しい波高値が与えられ
る。

【００７０】したがって、この全波整流回路27の出力電
圧を電圧計28で読み取ることにより正確な振動速度を知
ることができる。これにより、検出信号強度が不足した
場合でも、周波数カウンタ26により振動周波数を、また
電圧計28により振動速度を正確に知ることができる。

【００７１】第４実施例は、検出信号強度不足が検知さ
れた場合には自動的に測定条件を適性化して、検出光量
を増加させるものである。図６のブロック構成図に示す
ように、レーザドプラ方式振動計30は、レーザ光源２と
光ヘテロダイン用光学干渉系４、集光用光学系９と光検
出器12および信号処理装置13における振動測定部分は、
上記第１実施例と同様のものである。

【００７２】なお、これに加えて信号処理装置13の出力
側には、信号強度不足検出手段である予め測定したい振
動周波数以上で、しかも可能な限り低い値に設定した遮
断周波数を持つ歪抽出器のハイパスフィルタ20を介して
接続する比較器のコンパレータ16ｂと、このコンパレー
タ16ｂの一方に接続した歪検出設定値Ｌを常に出力する
基準信号発生器の定電圧発生器15ｂを設ける。

【００７３】さらに、前記集光用光学系９には、この光
用光学系９の焦点距離を調節するための光学駆動装置の
モータ31ａを設置すると共に、このモータ31ａを前記コ
ンパレータ16ｂの出力信号によって制御する制御装置の
コントローラ32ａとドライバ33ａを設置して構成してい
る。

【００７４】次に上記構成による作用について説明す
る。なお、照射された出射光３ｃが振動物体10の表面よ
り反射され、この散乱光３ｅが集光用光学系９にて検知
されて、ヘテロダイン用光学干渉系４等を経由して信号
処理装置13において振動情報が測定されることは、上記
第１実施例と同様である。

【００７５】信号処理装置13より出力された振動情報
は、ハイパスフィルタ20によりろ過されて歪出力信号と
してコンパレータ16ｂに入力する。なお、コンパレータ
16ｂの一方には、定電圧発生器15ｂからの歪検出設定値
Ｌが入力されて比較される。

【００７６】この時に、光検出器12による検出信号強度
の不足から、信号処理装置13における歪出力信号が歪検
出設定値Ｌを超えて、コンパレータ16ｂにおいて検出信
号強度の不足が検知された場合は、コンパレータ16ｂは
検出下限信号を出力する。

【００７７】この検出下限信号はコントローラ32ａに入
力され、コントローラ32ａは、前記光学系を位置決めす
べくドライバー33ａを介して光学駆動装置のモータ31ａ
を駆動させるが、このモータ31ａによる前記集光用光学
系９の駆動は、コンパレータ16ｂが出力する信号が検出
信号強度の不足を示さなくなる位置で、集光される散乱
光３ｅの強度が十分大きくなるまで集光用光学系９の焦
点距離を調節する。

【００７８】これにより、検出信号強度が不足の要因が
解消すれば、光検出器12からは十分に高い出力信号電圧
が信号処理装置13に出力され、信号処理装置13は信号成
分とノイズ成分との判別が容易となることから、正確な
測定が行なえる。

【００７９】また、信号処理装置13で得られる振動情報
の抽出が正常に復帰すると、出力波形に含まれる歪出力
信号が減少して歪検出設定値Ｌより下回ることから、コ
ンパレータ16ｂからの出力がなくなり、集光用光学系９
の駆動は最適位置にて停止するので、常に自動的に最適
条件で振動情報の抽出を行うことができる。

【００８０】第５実施例は、前記第４実施例と同じく検
出信号強度不足が検知された場合に、自動的に測定条件
を適性化して検出光量を増加させるものである。図７の
ブロック構成図に示すようにレーザドプラ方式振動計34
は、光ヘテロダイン法で光検出器12により検出した電気
信号から、信号処理装置13を用いて振動に関する情報を
抽出する振動測定部分は、上記第１実施例と同じもので
ある。

【００８１】ここで光ヘテロダイン検波を行う光学干渉
系としては、レーザ光源２から出射されたレーザビーム
３ａの偏光角度を調節するための第１の偏光角度調節手
段である１／２波長板35ａと、その透過光を偏光成分毎
に偏光を受けた参照光３ｆおよび偏光を受けた出射光３
ｇに分岐するためのビーム分割手段である偏光ビームス
プリッタ36ａを設けている。

【００８２】また、前記偏光を受けた参照光３ｆと、偏
光を受けた出射光３ｇの強度比が調整可能になってい
て、偏光を受けた参照光３ｆの光路上にはミラー６ａお
よび周波数シフタドライバ７によって駆動される周波数
シフタ８を備える。

【００８３】さらに、周波数シフタ８を通過した偏光を
受けた参照光３ｈの方向を変えるミラー６ｂ、および強
度を調節するための光量調節手段である可変光アテネー
タ37、さらに第２の偏光角度調節手段である１／２波長
板35ｂが設置されている。

【００８４】また、偏光を受けた出射光３ｇの光路上に
は、前記偏光を受けた参照光３ｈと散乱光３ｅを合波す
るビーム合成手段の偏光ビームスプリッタ36ｂと、第３
の偏光角度調節手段である１／４波長板38、および集光
用光学系９が設けてある。

【００８５】一方、振動物体10の表面より反射されて集
光用光学系９により集光された散乱光３ｅと、偏光を受
けた参照光３ｈとは、前記偏光ビームスプリッタ36ｂで
合波され、光路に設けられた検光子に39によって干渉さ
れて光検出器12に導かれるが、この光検出器12の出力側
には信号処理装置13が接続されている。

【００８６】さらに、前記１／２波長板35ａと可変光ア
テネータ37には、それぞれを回動させるための第１の駆
動機構であるモータ31ｂと、第２の駆動機構であるモー
タ31ｃが備えられている。

【００８７】これらのモータ31ｂ，31ｃは、前記信号処
理装置13の出力側に接続された歪抽出器のハイパスフィ
ルタ20と、基準信号発生器の定電圧発生器15ｂ、および
比較器のコンパレータ16ｂでなる信号強度不足検知手段
と、この出力であるコンパレータ16ｂの出力信号により
制御する制御装置であるコントローラ32ｂと、これに接
続されたドライバ33ｂ，33ｃにより駆動されるように構
成している。

【００８８】次に上記構成による作用について説明す
る。偏光を受けた出射光３ｇおよび散乱光３ｅの光路上
に設けた偏光ビームスプリッタ36ａ，36ｂは、入射波の
水平偏光成分（Ｐ波）を透過し、垂直偏光成分（Ｓ波）
を反射する特性を有していることから、これらの位置組
み合わせにより偏光を受けた出射光３ｇの強度が容易に
調整することができる。

【００８９】したがって、集光用光学系９と振動物体10
との間、および振動物体10の表面の状態等により、集光
用光学系９が取り込む散乱光３ｅの状態が変化して、信
号処理装置13が入力する検出信号強度が不足して、振動
情報の測定処理が正確に行えない場合には、前記信号強
度不足検知手段の検知結果に応じて、自動的に偏光を受
けた出射光３ｇを強くする。

【００９０】これにより、集光用光学系９で集光可能な
散乱光３ｅの光量を大きくして、光検出器12から信号処
理装置13にて正確な振動情報の測定が可能な十分に高い
出力信号電圧が加えられるようにする。

【００９１】すなわち、レーザ光源２から出射されたレ
ーザビーム３ａの偏光角度は、１／２波長板35ａを回転
させることによって制御可能であるため、それを駆動用
のモータ31ｂによって動作させることにより、偏光を受
けた参照光３ｈと、同じく偏光を受けた出射光３ｇの強
度分割比を任意に選ぶことができる。

【００９２】前記モータ31ｂは、コンパレータ16ｂの出
力信号により、コントローラ32ｂとドライバ33ｂを介し
て１／２波長板35ａの回転位置制御をする。この制御
は、コンパレータ16ｂの出力が検出信号強度の不足を示
さなくなる状態である。集光可能な散乱光３ｅの強度が
十分大きくなった状態に、偏光を受けた出射光３ｇの光
量を調節することにより、光検出器12での検出信号強度
の不足による信号処理装置13における誤データの出力が
防止される。

【００９３】また、若しも偏光を受けた参照光３ｈの強
度が過剰となって、光検出器12の出力が飽和する場合に
は、前記コンパレータ16ｂの出力信号により、コントロ
ーラ32ｂとドライバ33ｃを介してモータ31ｃが駆動さ
れ、可変光アテネータ37を制御して偏光を受けた参照光
３ｈの強度が減少されるので、光検出器12の出力飽和は
自動的に防止できる。

【００９４】第６実施例は、振動計自身の振動による測
定情報の劣化を防止しするものである。図８のブロック
構成図に示すように、レーザドプラ方式振動計40は、レ
ーザ光源２と光ヘテロダイン用光学干渉系４、集光用光
学系９と光検出器12および信号処理装置13における振動
測定部分は、上記第１実施例と同様のものである。

【００９５】なお、これに加えて、レーザドプラ方式振
動計40の内部、またはケースの外面に加速度測定手段で
ある加速度計41を設置し、その加速度計41の出力信号を
増幅するためのチャージアンプ42と、このチャージアン
プ42の出力を速度信号に変換する変換器である積分器43
を備える。

【００９６】さらに、前記積分器43から出力される速度
信号電圧値と前記信号処理装置13の出力である速度信号
電圧値を規格化するためのゲイン調整器44と、信号処理
装置13の速度信号出力とゲイン調節後のレーザドプラ方
式振動計40の自己速度信号の差を得る差分器の差動増幅
器45を設けた構成としている。

【００９７】次に上記構成による作用について説明す
る。なお、照射された出射光３ｃが振動物体10の表面よ
り反射され、この散乱光３ｅが集光用光学系９にて検知
されて、ヘテロダイン用光学干渉系４等を経由して信号
処理装置13において振動情報が測定されることは、上記
第１実施例と同様である。

【００９８】前記振動物体10の振動測定時に、若しもレ
ーザドプラ方式振動計40自身に振動が発生すると、この
振動は加速度計41によって検出されて、自己振動信号が
チャージアンプ42で増幅すると共に、積分器43において
速度信号に変換する。

【００９９】さらに、この自己振動の速度信号出力は、
前記信号処理装置13の速度信号電圧値を規格化するゲイ
ン調整器44にて調整した後に、差動増幅器45に入力し、
同じく信号処理装置13の速度信号出力との差を得る。

【０１００】これにより、信号処理装置13が測定した振
動情報の中からレーザドプラ方式振動計40自身の振動を
除去して、振動物体10単体の振動信号のみを正確に取り
出すことができる。

【０１０１】なお、この第６実施例では、レーザドプラ
方式振動計における自己振動の検出と別途得られた振動
物体10の振動情報の劣化防止について説明したが、この
第６実施例は上記第１実施例乃至第６実施例のいずれに
対しても適用できる。

【０１０２】さらに、上記第１実施例乃至第３実施例に
おける信号強度不足検知手段は、それぞれ構成と作用が
異なっているが、この第１実施例と３実施例はいずれも
上記第４実施例または第５実施例に対しても適用できる
ことは勿論である。

【０１０３】

【発明の効果】以上本発明によれば、レーザドプラ方式
振動計による振動測定に際して、振動物体からの散乱光
の強度不足に起因して、測定された振動情報における精
度不良の確認が確実で容易に可能となる。また、最適な
計測条件を自動的に素早く得ることができる。

【０１０４】さらに、測定された振動物体の振動情報よ
り振動計の自己振動を除去することにより、自己振動に
よる振動情報の劣化を防止する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例のレーザドプラ方式振
動計のブロック構成図。

【図２】本発明に係る第２実施例のレーザドプラ方式振
動計のブロック構成図。

【図３】本発明に係る第２実施例の出力信号波形特性図
で、（ａ）は振動速度波形、（ｂ）は出力が十分な時の
信号波形、（ｃ）は出力が不十分な時の信号波形、
（ｄ）は抽出歪波形を示す。

【図４】本発明に係る第３実施例のレーザドプラ方式振
動計のブロック構成図。

【図５】本発明に係る第３実施例の全波整流回路の結線
図。

【図６】本発明に係る第４実施例のレーザドプラ方式振
動計のブロック構成図。

【図７】本発明に係る第５実施例のレーザドプラ方式振
動計のブロック構成図。

【図８】本発明に係る第６実施例のレーザドプラ方式振
動計のブロック構成図。

【図９】従来のレーザドプラ方式振動計のブロック構成
図。

【符号の説明】

１，14，19，23，30，34，40…レーザドプラ方式振動
計、２…レーザ光源、３ａ，３ｂ…レーザビーム、３ｃ
…出射光、３ｄ…参照光、３ｅ…散乱光、４…光ヘテロ
ダイン用光学干渉系、５ａ，５ｂ…ビームスプリッタ、
６ａ，６ｂ…ミラー、７…周波数シフタドライバ、８…
周波数シフタ、９…集光用光学系、10…振動物体、11…
振動方向、12…光検出器、13…信号処理装置、15ａ，15
ｂ…定電圧発生器、16ａ，16ｂ…コンパレータ、17…ス
ピーカ駆動装置、18…スピーカ、20…ハイパスフィル
タ、21…ランプ駆動装置、22…ランプ、24…オシロスコ
ープ、25…ローパスフィルタ、26…周波数カウンタ、27
…全波整流回路、27ａ〜27ｄ…ダイオード、28…電圧
形、29…コンデンサ、31ａ〜31ｃ…モータ、32ａ，32ｂ
…コントローラ、33ａ〜33ｃ…ドライバ、35ａ，35ｂ…
１／２波長板、36ａ，36ｂ…偏光ビームスプリッタ、37
…可変光アテネータ、38…１／４波長板、39…検光子、
41…加速度計、42…チャージアンプ、43…積分器、44…
ゲイン調整器、45…差動増幅器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡部和美神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者空本誠喜神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (56)参考文献特開平６−160083（ＪＰ，Ａ) 特開平４−248490（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−143027（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01H 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源から照射したレーザ光の振動
物体から反射された散乱光と前記レーザ光源からのレー
ザ光とを光学干渉系により光ヘテロダイン検波すると共
にこの出力光を光検出器にて電気信号に変換してこの電
気信号から振動物体により発生したレーザ光のドプラシ
フト量に関する情報を抽出する信号処理装置を備えたレ
ーザドプラ方式振動計において、前記信号処理装置の出
力信号から波形歪成分を抽出する歪抽出器と、この歪抽
出器により得られる歪出力信号より大きな歪検出値を出
力する基準信号発生器と、前記歪出力信号と歪検出値を
比較する比較器とからなる信号強度不足検出手段を設け
たことを特徴とするレーザドプラ方式振動計。
【請求項２】レーザ光源から照射したレーザ光の振動
物体から反射された散乱光と前記レーザ光源からのレー
ザ光とを光学干渉系により光ヘテロダイン検波すると共
にこの出力光を光検出器にて電気信号に変換してこの電
気信号から振動物体により発生したレーザ光のドプラシ
フト量に関する情報を抽出する信号処理装置を備えたレ
ーザドプラ方式振動計において、前記信号処理装置の出
力信号から波形歪成分を抽出する歪抽出器と、この歪抽
出器により得られる出力信号の波形を観察する波形監視
装置からなる信号強度不足検出手段と、前記信号処理装
置の出力信号から波形歪成分を除去する歪除去器および
周波数カウンタとからなる振動周波数検出手段と、前記
信号処理装置の出力信号の波高値を検出する波高値検出
器と電圧計とからなる振動速度検出手段を設けたことを
特徴とするレーザドプラ方式振動計。
【請求項３】レーザ光源から照射したレーザ光の振動
物体から反射された散乱光と前記レーザ光源からのレー
ザ光とを光学干渉系により光ヘテロダイン検波すると共
にこの出力光を光検出器にて電気信号に変換してこの電
気信号から振動物体により発生したレーザ光のドプラシ
フト量に関する情報を抽出する信号処理装置を備えたレ
ーザドプラ方式振動計において、前記信号処理装置にお
ける信号強度不足を検出する信号強度不足検出手段と、
前記振動物体にレーザ光を照射して散乱光を集光する光
学系を駆動する光学系駆動装置と、前記信号強度不足検
出手段の出力信号により集光量が適切となるように前記
光学系を位置決めすべく前記光学系駆動装置を制御する
制御装置とを設けたことを特徴とするレーザドプラ方式
振動計。
【請求項４】レーザ光源から照射したレーザ光の振動
物体から反射された散乱光と前記レーザ光源からのレー
ザ光とを光学干渉系により光ヘテロダイン検波すると共
にこの出力光を光検出器にて電気信号に変換してこの電
気信号から振動物体により発生したレーザ光のドプラシ
フト量に関する情報を抽出する信号処理装置を備えたレ
ーザドプラ方式振動計において、前記信号処理装置にお
ける信号強度不足を検出する信号強度不足検出手段を設
けると共に、前記光ヘテロダイン検波を行う光学干渉系
が、レーザ光源から出射されたレーザ光の偏光角度を調
節するための第１の偏光角度調整手段とこの透過光をそ
の偏光成分毎に出射光と参照光に分岐するためのビーム
分割手段と、分岐された参照光の強度を調節するための
光量調節手段と、この参照光を前記光検出器に入射する
ための第２の偏光角度調節手段と、前記光学系によって
集光された散乱光を前記光検出器に入射するための第３
の偏光角度調節手段と、前記参照光と散乱光を合波する
ためのビーム合成手段と、このビーム合成手段により合
波された前記参照光と散乱光を干渉させるための検光子
と、さらに前記第１の偏光角度調整手段には第１の駆動
機構を、前記光量調整手段には第２の駆動機構を備え
て、前記信号強度不足検出手段の出力信号により前記第
１および第２の駆動機構を制御するための制御装置とを
設けたことを特徴とするレーザドプラ方式振動計。